2020年11月18—20日，2020儲能安全國際高峰論壇在合肥世紀金源大飯店召開(kāi)，20日會(huì )上，國網(wǎng)綜能服務(wù)集團科技研發(fā)中心研究員周喜超發(fā)表了題為“電化學(xué)儲能電站安全問(wèn)題分析”的主題演講。

儲能技術(shù)是推動(dòng)可再生能源從替代能源走向主體能源的關(guān)鍵技術(shù)，是解決可再生能源大規模接入以及棄風(fēng)、棄光問(wèn)題的重要手段，可以實(shí)現可再生能源出力特性改善、調峰調頻、需求側響應等多種服務(wù)功能，同時(shí)還可調節電網(wǎng)峰谷、提高輸電安全性和經(jīng)濟性。

儲能作為一個(gè)新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，擁有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景，是新一輪能源變革的關(guān)鍵力量。儲能安全是行業(yè)發(fā)展關(guān)注的首要問(wèn)題，涉及設備層、系統層等多個(gè)環(huán)節。今天分享的內容主要是結合國內已投建的磷酸鐵鋰電池儲能項目，分析其存在的安全問(wèn)題。

2019年，全球電化學(xué)儲能市場(chǎng)增長(cháng)率約24.0%，國內儲能市場(chǎng)增長(cháng)率為48.4%；2020年上半年，我國新增投運電化學(xué)儲能約121.4MW，同比增長(cháng)3.8%。預計到2030年我國投運電化學(xué)儲能項目累計裝機規模預計達到100GW。在電化學(xué)儲能中鋰離子電池儲能系統具有能量密度高、轉換效率高、自放電率低、使用壽命長(cháng)等優(yōu)勢，在工程中得到廣泛應用，其中磷酸鐵鋰電池項目在國內數量最多。鋰離子電池采用沸點(diǎn)低、易燃的有機電解液，且材料體系熱值高，在電池本體或者設備等發(fā)生故障后，易觸發(fā)電池材料的放熱副反應，引起電池熱失控，進(jìn)而可能演化為電池燃燒、爆炸等重大事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會(huì )影響。

儲能電站的安全隱患主要有以下幾個(gè)方面：第一個(gè)是電池能量密度高，電池組的電池容量往往高達MWh級，且在一個(gè)集裝箱或一個(gè)局部空間內，一旦發(fā)生安全問(wèn)題，往往引起電池燃燒的鏈式反應，導致局面失控。第二個(gè)是高壓直流系統，系統布線(xiàn)、結構復雜，一旦線(xiàn)纜老化、空氣潮濕、塵埃等都可能造成絕緣下降， 以致漏電、打火，以及線(xiàn)纜接觸電阻變大發(fā)熱等，引起安全事故。第三個(gè)就是運行工況惡劣，有高海拔、高風(fēng)沙的，還有極寒天氣的，導致系統誤報警、誤動(dòng)作，產(chǎn)生不可預想的安全事故。電池運行中的過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、過(guò)溫，以及短路、熱失控等也是儲能電站的安全隱患。

儲能電站產(chǎn)生安全問(wèn)題的原因很多且復雜，有設備本體的因素，生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，系統集成的問(wèn)題，還有一些周?chē)h(huán)境和運行維護管理等方面的問(wèn)題。

在設備本體層面，首先是儲能電池的選型，非儲能專(zhuān)用電芯，如汽車(chē)專(zhuān)用、通信專(zhuān)用、消費及數碼專(zhuān)用，短時(shí)間看不出問(wèn)題，但是隨著(zhù)時(shí)間推移必定會(huì )暴露出安全隱患；其次是電池生產(chǎn)工藝技術(shù)，在電池制造過(guò)程存在瑕疵，存在涂布過(guò)程金屬污染物顆?；烊?、正負極流體邊緣毛刺等概率。

在系統集成方面，一是電池艙系統集成，包括焊接工藝、電池組合、空間布局、PACK絕緣介質(zhì)選擇等，在艙里面如何進(jìn)行有效熱管理，是一個(gè)很復雜的工程，尤其是在儲能電池艙里面消防配置。二是儲能電站系統集成，整個(gè)電站的系統集成配置，包括BMS、PCS和EMS的協(xié)同控制，有效的數據采集、傳輸、處理，從而保障有效數據綜合利用，并針對不同功能需求優(yōu)化EMS控制策略等。

在運行維護方面，電化學(xué)儲能電站運行時(shí)間周期長(cháng)，需要發(fā)揮信息化平臺的作用，發(fā)揮管理人員的職責作用，有效利用數據進(jìn)行狀態(tài)評估、研判，通過(guò)維護措施到位，把日常的檢修、故障等問(wèn)題及時(shí)處理，才能真正保障儲能電站全生命周期的安全。

以下應對策略?xún)H供參考：

這里還有一些問(wèn)題需要關(guān)注，尤其是電池艙的熱管理，電池間溫差過(guò)大將構成各電池老化速率不一致，影響系統整體性能，長(cháng)期發(fā)展下去，BMS對于短板電池估計誤差擴大，造成短板電池過(guò)充過(guò)放，導致安全事故發(fā)生。配置有效熱管理系統可以減緩電池內部事故演化為火災的概率；當局部熱失控發(fā)生時(shí)，可以在一定程度上阻斷熱失控蔓延。

開(kāi)展儲能電站狀態(tài)評估研究，掌握對儲能電站內部數據和相關(guān)模型有效性和可靠性認知；完善傳感設備采集數據的有效、可靠性評價(jià)算法，實(shí)現對儲能電站運行狀態(tài)更精準的認識，對電池在內的儲能電站關(guān)鍵設備狀態(tài)的評分定級、運行狀態(tài)的準確、可靠感知，了解系統運行全貌?；陔娬具\行狀態(tài)建立儲能電站安全預警機制，針對設備運行缺陷、系統安全狀態(tài)進(jìn)行早期預警；實(shí)現對電池熱失控、火災等危險的提前預判，實(shí)現電池潛在熱失控的更早期甄別，實(shí)現對電池特性、系統運行特性的辨識，了解電池本體和系統的全生命周期安全狀態(tài)演化過(guò)程，助力預警策略制定。

最重要的還是要建立系統消防保障，部署安全高效、先進(jìn)適用的儲能消防系統，同時(shí)健全儲能電站消防系統的聯(lián)動(dòng)機制，實(shí)現艙內、艙外的聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)和手動(dòng)的配合，有效防控火災危害。

總結思考：第一是強化電池故障演化機理和控制策略研究，通過(guò)試驗分析，研究電池全生命周期演變過(guò)程、熱失控反應等機理特征，確定敏感性因素和變化規律。通過(guò)數據分析，研究各安全要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定核心數據采集、處理方式，尤其是BMS數據處理技術(shù)。通過(guò)算法優(yōu)化，開(kāi)展狀態(tài)實(shí)時(shí)評價(jià)，實(shí)現故障早期預警。

第二是系統優(yōu)化儲能電站消防優(yōu)化配置，安全性和經(jīng)濟性如何達到平衡是需要重點(diǎn)考慮的。首先安全性是紅線(xiàn)，經(jīng)濟性是目標，安全線(xiàn)要分場(chǎng)景、按需求，分析危險源，確定安全約束，建立指標標準，在安全性分析基礎上結合經(jīng)濟性約束，合理優(yōu)化配置儲能電站消防系統。

第三是完善儲能電站技術(shù)標準和運維管理規范，包括建立儲能電站消防配置、消防驗收等標準；建立電站系統級性能測試與驗證規范；完善儲能電站運維技術(shù)規范等。

儲能電站安全是系統工程，不僅要關(guān)注儲能電站建設，更要投入足夠的精力做好運維保障?？梢酝ㄟ^(guò)儲能電站運維平臺的數據分析，運行狀態(tài)的評價(jià)等，輔助建立故障預警預判體系，同時(shí)配套建立運維管控機制，提升運維人員整體素質(zhì)，全方位保障儲能電站安全運行。