鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：643次 | 2021年10月19日
不僅僅是電池！破除儲能安全隱患該做些啥？
“安全”是儲能發(fā)展繞不開的話題。近年來，大到儲能電站，小到新能源車，起火事故時(shí)有發(fā)生。
這些事故，除了電池本身缺陷外，還存在著很多亟待解決的系統(tǒng)問題。
圍繞近期發(fā)生的多起電池起火事故，本版將從基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、設(shè)計(jì)制造等多個(gè)維度，對保障儲能安全展開思考。
鋰離子電池“短命”的潛在因素被發(fā)現(xiàn)、借助新型電極材料并通過界面設(shè)計(jì)可提升電極性能、利用納米系統(tǒng)工程理念可提升材料儲鋰性能……近期，有關(guān)儲能電池尤其是鋰離子電池的研究越來越多。
雖然研究方法和路徑可能有所不同，但研究成果都有一個(gè)共同宣傳點(diǎn)，即高安全性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
儲能安全是儲能發(fā)展繞不開的話題，目前儲能安全問題重要來自于電化學(xué)儲能，而電池組（堆）又是其最大的安全隱患之一。
根據(jù)《2020儲能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》（以下簡稱《報(bào)告》），僅在2019年，我國儲能項(xiàng)目新增裝機(jī)共計(jì)1228.4兆瓦，其中電化學(xué)儲能項(xiàng)目新增裝機(jī)678.4兆瓦，占比第一，高達(dá)54.5%。
截至2019年底，鋰離子電池裝機(jī)占電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模的82.4%。
然而，儲能安全問題不僅僅是電池帶來的?！段覈茖W(xué)報(bào)》采訪時(shí)了解到，儲能安全是一個(gè)系統(tǒng)問題，某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，均有可能導(dǎo)致起火。
火災(zāi)事故后的思考
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
自2017年八月韓國23個(gè)儲能電站起火事故發(fā)生以來，儲能安全問題就一直困擾著行業(yè)?！秷?bào)告》認(rèn)為，這與韓國各大公司以三元鋰離子電池為主流產(chǎn)品有關(guān)。
我國化學(xué)與物理電源協(xié)會儲能應(yīng)用分會教授級高工江衛(wèi)良介紹，目前全球重要儲能公司以傳統(tǒng)電池公司為主，技術(shù)類型上基本以兩大派系為主，即日韓三元鋰離子電池體系和中美磷酸鐵鋰離子電池體系。
但也并不是說磷酸鐵鋰離子電池絕對安全。2018年八月初，我國江蘇一儲能項(xiàng)目中磷酸鐵鋰離子電池集裝箱起火并燒毀，但起火原因目前還未公布。
據(jù)我國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授段強(qiáng)領(lǐng)介紹，鋰離子電池在使用過程中，通過鋰離子嵌入和拖出釋放能量。
假如使用不當(dāng)，如過充、高溫、碰撞等條件下可能會誘發(fā)電池內(nèi)部的熱化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控發(fā)生。
“假如熱失控在電池模組內(nèi)發(fā)生傳播，會導(dǎo)致系統(tǒng)的火災(zāi)事故的發(fā)生?！?/p>
值得注意的是，熱失控會出現(xiàn)有毒和可燃?xì)怏w，而鋰離子電池的火災(zāi)撲救更困難，給消防帶來挑戰(zhàn)。
近年來，電化學(xué)儲能技術(shù)應(yīng)用提速，產(chǎn)品投運(yùn)周期越來越短，在安全標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善、監(jiān)管機(jī)制尚未建立的情況下，各國儲能安全事故時(shí)有發(fā)生。
“必須正視這些關(guān)鍵問題。”
江衛(wèi)良認(rèn)為，儲能系統(tǒng)要通過自身保護(hù)措施，及時(shí)對儲能電站異常情況進(jìn)行處理，將儲能系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
電池本體因素成為安全核心
針對儲能電站火災(zāi)事故，韓國成立專家調(diào)查組將成因總結(jié)為電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對電氣故障的保護(hù)系統(tǒng)不完善、運(yùn)營環(huán)境管理不到位、儲能系統(tǒng)綜合管理體系欠缺。
其中，電池系統(tǒng)缺陷可能是引起火災(zāi)的重要因素之一。
借鑒韓國儲能事故調(diào)查報(bào)告對安全誘因的分類，中科院廣州能源研究所曹文炅等人將儲能安全事故成因劃分為電池本體、外部激源、運(yùn)行環(huán)境及管理系統(tǒng)四類。
而電池本體因素仍是儲能安全的核心，其誘發(fā)安全事故的來源重要包括電池制造過程的瑕疵及電池老化帶來的儲能系統(tǒng)安全性退化兩方面。
曹文炅等人撰文解釋道，電池在非常規(guī)的運(yùn)行環(huán)境及管理系統(tǒng)因素影響下，內(nèi)部老化過程更加復(fù)雜多變，并逐漸演變成安全問題。
鑒于電池本體因素長周期演化特點(diǎn)，研究如何通過電池內(nèi)部老化機(jī)理、電池間不一致性演化及對應(yīng)的外部參數(shù)變化，實(shí)現(xiàn)對儲能系統(tǒng)安全性演化趨勢的預(yù)測和早期預(yù)警，成為當(dāng)前鋰離子電池儲能安全管理的重點(diǎn)。
“受現(xiàn)階段管理系統(tǒng)的監(jiān)測管控可靠性限制，對電池本體的充放電的電池荷電狀態(tài)（SOC）區(qū)間有必要適當(dāng)收緊?！?/p>
曹文炅表示，“一般而言，鋰離子電池在20%～80%的SOC區(qū)間工作時(shí)充放電內(nèi)阻較小，發(fā)熱量也相應(yīng)較小，并且該區(qū)間工作不容易造成電池的過充過放問題，有利于規(guī)避因此出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>
風(fēng)險(xiǎn)防控與處置相結(jié)合
但儲能安全是系統(tǒng)問題，不能將安全問題全部歸于電池，事故往往是多因素交互用途引發(fā)的。
在江衛(wèi)良看來，儲能安全技術(shù)問題的核心分為安全風(fēng)險(xiǎn)和安全處置，前者包括儲能系統(tǒng)及部件的電氣安全風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)、化學(xué)安全風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)、爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)維度。
“風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估是認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn)的核心內(nèi)容?！苯l(wèi)良表示，已經(jīng)公布或正在制定的電力儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)首先就是論述風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評估。
接下來就是安全處置，包括參數(shù)量化準(zhǔn)入限制設(shè)定、產(chǎn)品防護(hù)設(shè)計(jì)、消防環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、感知預(yù)警、緊急處理、運(yùn)維等。
平高集團(tuán)儲能科技有限公司市場支持部部長李占軍以江蘇昆山儲能電站消防設(shè)計(jì)為例介紹，他們通過與國網(wǎng)江蘇省電力公司合作，在磷酸鐵鋰離子電池預(yù)制艙首次配置自動滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動控制系統(tǒng)，其中自動滅火系統(tǒng)創(chuàng)新性集成應(yīng)用了七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，設(shè)置了自動控制、遠(yuǎn)程手動控制等4種控制模式，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)效用最大化，將電池運(yùn)行的安全系數(shù)提到最高。
據(jù)悉，昆山儲能電站是世界單體容量最大的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站，建設(shè)規(guī)模為110.88兆瓦／193.6兆瓦時(shí)，總占地面積31.4畝，共配置88組預(yù)制艙式儲能電池，電池采用磷酸鐵鋰離子電池方法。
平高集團(tuán)在近期儲能項(xiàng)目并網(wǎng)測試時(shí)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差異較大，給工作推進(jìn)帶來了阻力。
因此，李占軍建議，我國在加快儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落地的同時(shí)，也要加強(qiáng)儲能標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，尤其是并網(wǎng)調(diào)試、產(chǎn)品檢測、消防安全、運(yùn)維管理等，助力儲能行業(yè)安全穩(wěn)步發(fā)展。
