中國儲能網(wǎng)訊：以電化學(xué)儲能為代表的新型儲能將在“十四五”期間呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展趨勢。加強電化學(xué)儲能電站的安全管理，從本質(zhì)安全、安全標準、智能運維和消防體系等方面提升電化學(xué)儲能安全管理水平，對保障新型儲能可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。
儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)。其中，電化學(xué)儲能由于受地理因素影響小，應(yīng)用場景較靈活，加之其成本持續(xù)下降、商業(yè)化逐步成熟，正在被廣泛應(yīng)用于儲能領(lǐng)域。
加強安全管理，特別是電化學(xué)儲能電站專業(yè)安全管理，對保障新型儲能可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義?？紤]到鋰離子電池儲能在電化學(xué)儲能裝機占比90%以上，以下主要從鋰離子電池儲能角度研究安全管理問題。
電化學(xué)儲能電站事故分析
近年來，大規(guī)模儲能項目越來越多，單個儲能項目規(guī)模越來越大，儲能安全隱患也隨之增多。若電化學(xué)儲能電站電池在電、熱、機械等內(nèi)外部誘因影響下遭遇極端濫用，超出其安全承受能力，內(nèi)部溫度急劇升高，電池將發(fā)生熱失控，從而引發(fā)電站的燃燒或爆炸。
據(jù)統(tǒng)計，2021年、2022年全球共發(fā)生18起儲能項目事故。引發(fā)事故的主要原因包括以下五個方面。
一是電擊保護系統(tǒng)不良。在測試外部電力沖擊等過程中，電池保護裝置內(nèi)大部分的元件存在受損情況，直流接觸器爆炸，交流過濾器上有碳化痕跡。測試表明，電池表面一旦被電沖擊，很可能導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。
二是電池系統(tǒng)缺陷。部分電池質(zhì)量未達設(shè)計標準，主要表現(xiàn)在部分電池存在活性物質(zhì)涂層不良、切斷和翻折不良等缺陷。
三是環(huán)境影響。在沿海地區(qū)及山區(qū)安裝的儲能系統(tǒng)，受冷凝水、灰塵等自然環(huán)境影響，電池的絕緣性能不斷降低，電池內(nèi)部出現(xiàn)短路現(xiàn)象，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。
四是儲能管理系統(tǒng)有缺陷。從企業(yè)面談?wù){(diào)查、事故調(diào)查、試驗論證等方面綜合分析發(fā)現(xiàn)，部分系統(tǒng)設(shè)計不能將電池和PCS（儲能變流器）等部件有效結(jié)合，無法實現(xiàn)系統(tǒng)層面的保護和管理。
五是生產(chǎn)安全管理不到位。目前，部分單位儲能電站安全管理較為粗放。設(shè)計施工方面，安全設(shè)計、預(yù)警、保護、消防等要求未得到有效落實；運維方面，存在巡檢和監(jiān)視力度不夠、維護針對性不強、重大危險源辨識分析及應(yīng)急管理措施不到位、缺少針對儲能事故的專業(yè)消防培訓(xùn)等問題。
公開的事故調(diào)查報告表明，為有效預(yù)防儲能事故、控制事故危害，當前需進一步規(guī)范儲能的選址布局，明確儲能設(shè)計、施工、驗收等要求。針對儲能系統(tǒng)安全問題，除了關(guān)注電池安全之外，還需要從電氣安全、系統(tǒng)集成、監(jiān)控、事故預(yù)警、滅火和應(yīng)急措施等不同層面加以改進。
電化學(xué)儲能電站的安全管理
從火災(zāi)事故機理角度分析
鋰離子電池在充放電過程中可能因自身的化學(xué)反應(yīng)或受外界影響發(fā)生熱失控，嚴重影響儲能電站的安全。鋰離子電池儲能系統(tǒng)的火災(zāi)可以分為兩類：一類是電氣引發(fā)的火災(zāi)，如變壓器火災(zāi)、電纜火災(zāi)，此類火災(zāi)可由傳統(tǒng)滅火系統(tǒng)和滅火器有效撲滅；另一類是電池引發(fā)的火災(zāi)，此類火災(zāi)危害大且不可控，容易發(fā)生蔓延和復(fù)燃現(xiàn)象。
本體安全。鋰離子電池本體圍繞沸點低、易燃的有機電解液進行電化學(xué)反應(yīng)而工作，除正常的充放電反應(yīng)外，還存在很多潛在的放熱副反應(yīng)，具有不穩(wěn)定性。
過程安全。過程安全包括合理的電氣和結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保電池的安全運行；主動溫控式管理系統(tǒng)，確保電池在適宜溫度范圍內(nèi)使用；多層級架構(gòu)電池管理系統(tǒng)，對電池狀態(tài)進行實時監(jiān)測和控制，及時發(fā)現(xiàn)電池的異常狀態(tài)等。
消防安全。結(jié)合某梯次電池儲能系統(tǒng)實際工程項目需求，設(shè)計多級消防滅火系統(tǒng)，主要包括多級火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)、氣水二次滅火系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、警報單元、用戶開關(guān)等，可實現(xiàn)電池火災(zāi)的早期預(yù)警，有效避免火災(zāi)的蔓延與復(fù)燃，降低損失。
從安全生產(chǎn)管理角度分析
電化學(xué)儲能電站安全管理涉及產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計咨詢、施工驗收、并網(wǎng)調(diào)度、運行維護、退役管理、應(yīng)急管理與事故處置等多個領(lǐng)域。
一是強化電站本質(zhì)安全。儲能電池本身的安全性能是儲能電站安全問題的根源和核心。加強電化學(xué)儲能電站安全管理，首先需加強電池的質(zhì)量管理。通過檢測機構(gòu)檢驗、到貨抽檢和定期運維檢查，嚴控儲能電站相關(guān)產(chǎn)品及系統(tǒng)質(zhì)量；通過實施工程質(zhì)量監(jiān)督、電站站級試驗、消防驗收，確保儲能電站工程質(zhì)量。
二是建立健全安全管理體系。電化學(xué)儲能發(fā)生火災(zāi)的重要原因是電池的熱失控和熱蔓延。建立專業(yè)的信息化平臺采集溫度、電流、電壓、電阻、荷電狀態(tài)等信息，對電池本體的健康狀態(tài)進行監(jiān)測，并使用主動的電池熱管理技術(shù)，可降低其熱失控的風險。同時，應(yīng)把電站安全管理納入企業(yè)安全管理體系，健全安全生產(chǎn)保證體系和監(jiān)督體系，落實全員安全生產(chǎn)責任制，對在建、在運儲能電站實施嚴格的監(jiān)督管理，及時篩查電站安全隱患。
三是提升電站應(yīng)急處置能力。當前的電化學(xué)儲能電站消防體系，依然遵照普通建筑物的消防標準設(shè)立，忽視了鋰離子儲能電站的電化學(xué)屬性，也缺乏多方聯(lián)動機制，應(yīng)對火災(zāi)能力仍顯薄弱。在電池單體發(fā)生熱失控階段，缺乏預(yù)警和阻止熱失控蔓延的有效手段；熱失控蔓延階段，缺乏有效撲救的滅火介質(zhì)；在消防人員處理階段，缺乏專業(yè)的消防培訓(xùn)和應(yīng)急預(yù)案，相關(guān)人員事故處理能力有待提高；在火災(zāi)發(fā)生后的調(diào)查階段，缺乏對相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)的建檔、保存、總結(jié)機制。
政策建議
安全是電化學(xué)儲能健康快速發(fā)展的前提，可從本質(zhì)安全、安全標準、智能運維和消防體系等方面提升電化學(xué)儲能安全水平，具體的政策建議如下：
第一，加強電化學(xué)儲能電池的安全技術(shù)研究。加快推進固態(tài)電池、水系電池等新一代電池技術(shù)的研發(fā)，實現(xiàn)電化學(xué)儲能的本質(zhì)安全；研制高效阻熱劑材料和高效散熱劑，阻止電池單體熱失控的蔓延；開發(fā)專用滅火劑，提高電化學(xué)儲能電站滅火的有效性。通過技術(shù)手段，從本質(zhì)上解決電化學(xué)儲能電站的安全問題。
第二，完善電化學(xué)儲能電站安全標準與認證機制。設(shè)立專門的電化學(xué)儲能安全第三方檢測認證機構(gòu)，創(chuàng)新電化學(xué)儲能安全的檢測方法，強制執(zhí)行基于安全標準的認證機制，提高行業(yè)準入門檻和產(chǎn)品質(zhì)量。
第三，推動電化學(xué)儲能電站的數(shù)字化、智能化運維。積極鼓勵電化學(xué)儲能電站部署氣體、電壓、溫度等先進傳感器，提升狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警能力；鼓勵采用智能算法提升儲能電站的主動管理能力；規(guī)范電池數(shù)據(jù)的采集、記錄，強化電化學(xué)儲能電站的數(shù)字化全壽命周期管理。
第四，建立多方聯(lián)動的電化學(xué)儲能電站應(yīng)急體系。強制安裝有害氣體報警裝置，確保電站具備電池熱失控早期預(yù)警能力；通過預(yù)警裝置與消防系統(tǒng)聯(lián)動，確?；馂?zāi)隱患早發(fā)現(xiàn)、早處理；加強對消防人員的專業(yè)培訓(xùn)，配備滿足電站事故處置需求的應(yīng)急救援裝備，定期組織開展火災(zāi)撲救及應(yīng)急處置演練；設(shè)立黑盒子，支持儲能電站安全事故后的調(diào)查追責和教訓(xùn)總結(jié)。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（下旬刊）2022年第11期
