中國儲能網(wǎng)訊：儲能電站建設運營不規(guī)范、安全管理機制不健全、安全預警和處理能力較弱，以及鋰電池的火災處置難等問題，已經(jīng)嚴重阻礙了行業(yè)發(fā)展。如何解決這些問題關(guān)系到未來電化學儲能行業(yè)和能源體系綠色安全的發(fā)展。
一、電化學儲能行業(yè)在快速發(fā)展的同時安全問題凸顯
電化學儲能市場呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。電化學儲能是主流且技術(shù)相對成熟的新型儲能（除抽水蓄能外的新型電儲能技術(shù)）技術(shù)。2020年全球電化學儲能項目的裝機規(guī)模逆勢上漲，刷新了單年新增規(guī)模紀錄，達到4.7GW，是2019年的1.6倍；中國新增投運的電化學儲能達1559.6MW，首次突破吉瓦大關(guān)，是2019年同期的2.4倍，目前中國已成為全球最大的電化學儲能應用市場。據(jù)CNESA預測，在保守場景下，2021年中國電化學儲能累計裝機規(guī)模將達到5790.8MW；在理想場景下可達到6614.8MW。“十四五”期間是儲能探索和實現(xiàn)“剛需”應用、系統(tǒng)產(chǎn)品化和獲取穩(wěn)定商業(yè)利益的重要時期，電化學儲能市場有望實現(xiàn)快速增長。
中國電化學儲能正處于從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期。近年來，儲能已在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景，同時它也是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎裝備，對推動能源綠色轉(zhuǎn)型、應對極端事件、保障能源安全、促進能源高質(zhì)量發(fā)展、實現(xiàn)碳達峰碳中和具有重要意義。為推動新型儲能快速發(fā)展，4月21日，國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見（征求意見稿）》提出，到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機規(guī)模達到30GW以上；到2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展，成為能源領(lǐng)域碳達峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。在此期間，電化學儲能行業(yè)將加速向規(guī)范化、標準化發(fā)展，行業(yè)格局有望重塑。
數(shù)十起安全事故為電化學儲能行業(yè)發(fā)展蒙上陰影。據(jù)統(tǒng)計，近十年來，全球共發(fā)生了32起電化學儲能電站安全事故，其中30起發(fā)生于最近五年，電化學儲能電站安全事故呈高發(fā)態(tài)勢。由于安全事故原因復雜，很多詳情未能公開披露，但有限的公開資料表明，從事故類型看，三元鋰離子電池安全事故率最高，采用三元鋰離子電池發(fā)生事故25起；磷酸鐵鋰目前已知的兩起事故都發(fā)生在中國。從發(fā)生地域看，韓國儲能電站起火爆炸事故占24起，這與韓國各大電池企業(yè)以三元鋰電池為主流產(chǎn)品有關(guān)；從事故發(fā)生環(huán)節(jié)看，儲能電站起火爆炸大多發(fā)生在充電中或充電后休止中，占21起。
二、電化學儲能電站事故原因分析
目前已披露的事故報告主要有：美國亞利桑那州公用事業(yè)服務公司（APS） McMicken Battery Energy Storage System Event Technical Analysis and Recommendations（McMicken電池儲能系統(tǒng)事件技術(shù)分析與建議）、韓國2017年8月后發(fā)生的23起ESS火災事故分析報告，以及北京集美大紅門25MWh直流光儲充一體化電站項目事故分析。據(jù)分析，引發(fā)電化學儲能電站安全事故的原因主要涉及電池自身、安全標準、安全管理等五個方面，這些問題在中國較為普遍，且目前仍未得到很好解決。
電池產(chǎn)品本身存在安全風險。受技術(shù)水平限制，發(fā)生事故的電化學電池構(gòu)造和材料無法阻止電池發(fā)生熱失控及其在電池模組內(nèi)的傳播，且電池會隨著使用時間的增加而老化，導致枝晶生長、產(chǎn)熱增加等火災風險升高，安全性退化。電池能量密度隨著技術(shù)進步逐步提高，相同體積的電池產(chǎn)品設備將聚集更多能量，儲能系統(tǒng)部署規(guī)模越大，安全風險就愈發(fā)集中；新技術(shù)和拓撲結(jié)構(gòu)設計不斷涌現(xiàn)，項目建設前對采用新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的儲能電池安全性驗證時間難以保證，可能導致有瑕疵的電池并入系統(tǒng)。
電池儲能電站建設安全相關(guān)要求有待規(guī)范。儲能電站建設標準化是科學安全處置的前提，2015年開始實施的《電化學儲能電站設計規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）中，關(guān)于儲能系統(tǒng)標準部分的電池性能指標模糊、應急處置和救援措施要求偏低，風險評估相關(guān)要求不明確，易導致監(jiān)管疏漏出現(xiàn)，存在低價競爭、系統(tǒng)容量虛標虛報，以及已有標準得不到遵循的情況。2020年初發(fā)布的《關(guān)于加強儲能標準化工作的實施方案》缺少對安全標準的相關(guān)要求，儲能電站的重要性未能得到應有的重視。此外，梯次利用動力電池的安全使用標準缺失，相關(guān)儲能電站質(zhì)量難以保證；部分儲能系統(tǒng)服役時間增加，充放次數(shù)逐漸接近設計極限，其安全風險也相應增大。
安全管理體系不健全，各方責任落實不到位。儲能系統(tǒng)安全是一個多因素交織的復雜問題，項目承包部門、實際建設部門、項目運營者、項目所有者、行業(yè)主管部門各方的安全管理應形成閉環(huán)，且均按照制度規(guī)范管理才能最大限度地避免事故的發(fā)生。從已披露的信息看，國內(nèi)儲能電站建設運營方安全意識普遍淡薄，安全管理制度缺失，安全管理體系不健全，各方職責不明或履行不到位，已成為電站安全管理的主要風險。
安全管理系統(tǒng)預警及處理能力不強。從已披露的儲能電站事故報告看，電池管理系統(tǒng)（BMS）大多因早期未監(jiān)測到電池內(nèi)部故障發(fā)出預警或作出處理，從而引發(fā)熱失控；或者是電站缺少氣體監(jiān)測裝置和通訊系統(tǒng)，未能對易燃易爆氣體集聚做出通風處理，未能及時讓消防救援人員了解到內(nèi)部環(huán)境的危險性。此外，還有一個重要因素就是，BMS、PMS（電源管理系統(tǒng)）、EMS（能量管理系統(tǒng)）之間的信息不能共享，數(shù)據(jù)沒有發(fā)揮其最大價值，BMS與PCS（功率變換系統(tǒng)）控制器的信息交互程度較弱，協(xié)同控制能力不足。
消防手段存在局限性，無法有效阻止事態(tài)擴大。在消防方面，《規(guī)范》只是對電氣安全、消防配置等一般性內(nèi)容進行了規(guī)定，缺少針對性強的消防設計要求，消防安全裝備仍以傳統(tǒng)的消防煙霧報警器、溫度報警器為主，均屬事后報警，無法對電池前期故障進行消防安全處理。與其他類型火災場景相比，電化學儲能電站事故發(fā)生頻率偏低，消防部門和消防人員的應對經(jīng)驗相對不足，技術(shù)、裝備較為欠缺，現(xiàn)有消防滅火措施只能處理鋰離子電池儲能系統(tǒng)早期的火勢，難以有效抑制電池熱失控和控制初期火災蔓延, 同時產(chǎn)生的有毒可燃氣體也給火災撲救帶來挑戰(zhàn), 還可能進一步引發(fā)爆炸事故。比如，北京豐臺“4.16”事故，就是在對儲能電站南區(qū)進行處置過程中，電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸而導致人員傷亡。
三、幾點建議
加強電池技術(shù)研究和安全性強制要求。一是鼓勵持續(xù)改進儲能電芯安全控制技術(shù)/安全結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)安全性方面的突破，降低電池出現(xiàn)連鎖熱失控風險。二是借鑒《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，適時出臺更加嚴格的儲能電池強制性國家標準，并建立監(jiān)督管理機制，確保強制標準得到切實實施。
完善安全標準體系，引導規(guī)范化發(fā)展。一是嚴格準入，提升儲能項目的安全相關(guān)門檻。就建設而言，對于儲能電站項目的建設承擔單位，可強化其項目經(jīng)驗、系統(tǒng)集成能力和已有項目運維效果等方面的要求；以儲能電池型式試驗報告等認定的容量額定值代替普遍存在的依據(jù)自行設定的儲能電池容量標稱值核算儲能系統(tǒng)容量，拒絕低價中標，倡導質(zhì)優(yōu)安全，促進電化學儲能行業(yè)由成本導向向質(zhì)量導向轉(zhuǎn)變。就運營而言，電站應加強工作人員識別危險和排除隱患的能力，確保其能正確維護和保養(yǎng)儲能電站設置的安全設施和設備。二是完善原有標準中有關(guān)安全的內(nèi)容，加快補充缺失的安全性標準。比如，將《規(guī)范》第13.0.5條有關(guān)爆炸危險的條款設置為強制性條款，增加電站選址對人員密集場所和關(guān)鍵基礎設施的限制條件或規(guī)定不同的安全防范措施，要求與周圍建筑留有一定的安全距離，增加防火、滅火、冷卻、抑爆設計要求等。
完善電化學儲能電站的安全管理體系。一是明確新型儲能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)安全責任主體及安全管理職責劃分，尤其要重視事故報告制度建設，事故發(fā)生后應由官方及時公開，且明確對相關(guān)責任主體的處理意見，即明確項目相關(guān)各方的責任，以保障項目建設運營過程中各項安全職責的切實履行，為之后的建設項目提供有效的風險管控指導，避免類似事故發(fā)生。二是完善基于儲能項目技術(shù)升級和安全性的檢測認證和監(jiān)督體系，對核心部件和充放次數(shù)接近上限的、梯次利用的儲能系統(tǒng)等進行嚴格管理，確保儲能系統(tǒng)安全可靠地運行，電站工作人員操作安全規(guī)程、維護檢修制度等也應納入其中。三是按風險等級對電化學儲能電站進行分類分級管控，對危險等級高的儲能電站進行仿真建模、可行性論證、設備制造、建設安裝、測試運行等，建立全周期安全監(jiān)管制度和規(guī)范。比如，依據(jù)中國建筑滅火器配置設計規(guī)范GB50140，電化學儲能電站的電池室與危險化學品庫房同屬嚴重危險級，可借鑒相關(guān)危險化學品安全管理制度，制定電池室的安全管理制度、應急方案、事故報告制度等。
提升安全預防管理的智能化水平。一是搭建儲能電站大數(shù)據(jù)平臺，將實時參數(shù)上傳至統(tǒng)一管理平臺作為儲能電站大數(shù)據(jù)分析和事故預測的依據(jù)，研判風險，提前準備，確保及時響應。二是建設智能化程度高、集成水平好的安全管理系統(tǒng)，重點是加強組件和系統(tǒng)的運行狀態(tài)在線監(jiān)測、電池系統(tǒng)和周邊環(huán)境的調(diào)節(jié)措施，以及與消防部門的聯(lián)動，比如電池溫度監(jiān)控、易燃氣體檢測、自動通風系統(tǒng)、各部門聯(lián)動通訊系統(tǒng)等，確保能夠在風險達到一定閾值時能夠自動斷電或作出相應處理，以避免事故發(fā)生或擴大，為各部門提供信息依據(jù)，便于其做出應對措施。
強化針對電化學儲能的消防能力建設。一是進一步深化儲能電站系統(tǒng)安全研究、儲能系統(tǒng)火災演化機制及防控技術(shù)研究, 針對火災防控、早期預警、事故處置等方面的重點攻關(guān)，多部門聯(lián)合研究制定電化學儲能電站專門的消防安全產(chǎn)品和應對方案。比如，加強消防系統(tǒng)和BMS等系統(tǒng)的信息交互，提高系統(tǒng)整體消防安全等級；認真總結(jié)事故教訓，舉一反三，提高消防部門對電化學儲能電站爆炸風險的認識和應對能力，開展儲能電站消防技能培訓和演練。二是支持研發(fā)和應用專用特種消防材料和設備應對電化學儲能電站事故，做好防爆準備，進一步研究科學處置流程，避免和減少人員傷亡。
（作者于萍、高宏，均來自賽迪智庫）
