中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能將在“十四五”期間呈現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展趨勢(shì)。加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全管理，從本質(zhì)安全、安全標(biāo)準(zhǔn)、智能運(yùn)維和消防體系等方面提升電化學(xué)儲(chǔ)能安全管理水平，對(duì)保障新型儲(chǔ)能可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。
儲(chǔ)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(chǔ)能由于受地理因素影響小，應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)能領(lǐng)域。
加強(qiáng)安全管理，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能電站專業(yè)安全管理，對(duì)保障新型儲(chǔ)能可持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義?？紤]到鋰離子電池儲(chǔ)能在電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)占比90%以上，以下主要從鋰離子電池儲(chǔ)能角度研究安全管理問題。
電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故分析
近年來，大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目越來越多，單個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)模越來越大，儲(chǔ)能安全隱患也隨之增多。若電化學(xué)儲(chǔ)能電站電池在電、熱、機(jī)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(jì)，2021年、2022年全球共發(fā)生18起儲(chǔ)能項(xiàng)目事故。引發(fā)事故的主要原因包括以下五個(gè)方面。
一是電擊保護(hù)系統(tǒng)不良。在測(cè)試外部電力沖擊等過程中，電池保護(hù)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(cè)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(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(chǔ)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(chǔ)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(yàn)論證等方面綜合分析發(fā)現(xiàn)，部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能將電池和PCS（儲(chǔ)能變流器）等部件有效結(jié)合，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層面的保護(hù)和管理。
五是生產(chǎn)安全管理不到位。目前，部分單位儲(chǔ)能電站安全管理較為粗放。設(shè)計(jì)施工方面，安全設(shè)計(jì)、預(yù)警、保護(hù)、消防等要求未得到有效落實(shí)；運(yùn)維方面，存在巡檢和監(jiān)視力度不夠、維護(hù)針對(duì)性不強(qiáng)、重大危險(xiǎn)源辨識(shí)分析及應(yīng)急管理措施不到位、缺少針對(duì)儲(chǔ)能事故的專業(yè)消防培訓(xùn)等問題。
公開的事故調(diào)查報(bào)告表明，為有效預(yù)防儲(chǔ)能事故、控制事故危害，當(dāng)前需進(jìn)一步規(guī)范儲(chǔ)能的選址布局，明確儲(chǔ)能設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等要求。針對(duì)儲(chǔ)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(jìn)。
電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全管理
從火災(zāi)事故機(jī)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(yán)重影響儲(chǔ)能電站的安全。鋰離子電池儲(chǔ)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(diǎn)低、易燃的有機(jī)電解液進(jìn)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(jì)，確保電池的安全運(yùn)行；主動(dòng)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(jí)架構(gòu)電池管理系統(tǒng)，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際工程項(xiàng)目需求，設(shè)計(jì)多級(jí)消防滅火系統(tǒng)，主要包括多級(jí)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(bào)單元、用戶開關(guān)等，可實(shí)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(chǔ)能電站安全管理涉及產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)計(jì)咨詢、施工驗(yàn)收、并網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)、退役管理、應(yīng)急管理與事故處置等多個(gè)領(lǐng)域。
一是強(qiáng)化電站本質(zhì)安全。儲(chǔ)能電池本身的安全性能是儲(chǔ)能電站安全問題的根源和核心。加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理，首先需加強(qiáng)電池的質(zhì)量管理。通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)、到貨抽檢和定期運(yùn)維檢查，嚴(yán)控儲(chǔ)能電站相關(guān)產(chǎn)品及系統(tǒng)質(zhì)量；通過實(shí)施工程質(zhì)量監(jiān)督、電站站級(jí)試驗(yàn)、消防驗(yàn)收，確保儲(chǔ)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(chǔ)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(tái)采集溫度、電流、電壓、電阻、荷電狀態(tài)等信息，對(duì)電池本體的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并使用主動(dòng)的電池?zé)峁芾砑夹g(shù)，可降低其熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，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(shí)全員安全生產(chǎn)責(zé)任制，對(duì)在建、在運(yùn)儲(chǔ)能電站實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)督管理，及時(shí)篩查電站安全隱患。
三是提升電站應(yīng)急處置能力。當(dāng)前的電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防體系，依然遵照普通建筑物的消防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立，忽視了鋰離子儲(chǔ)能電站的電化學(xué)屬性，也缺乏多方聯(lián)動(dòng)機(jī)制，應(yīng)對(duì)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(duì)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)的建檔、保存、總結(jié)機(jī)制。
政策建議
安全是電化學(xué)儲(chǔ)能健康快速發(fā)展的前提，可從本質(zhì)安全、安全標(biāo)準(zhǔn)、智能運(yùn)維和消防體系等方面提升電化學(xué)儲(chǔ)能安全水平，具體的政策建議如下：
第一，加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電池的安全技術(shù)研究。加快推進(jìn)固態(tài)電池、水系電池等新一代電池技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能電站的安全問題。
第二，完善電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證機(jī)制。設(shè)立專門的電化學(xué)儲(chǔ)能安全第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，創(chuàng)新電化學(xué)儲(chǔ)能安全的檢測(cè)方法，強(qiáng)制執(zhí)行基于安全標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證機(jī)制，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻和產(chǎn)品質(zhì)量。
第三，推動(dòng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站的數(shù)字化、智能化運(yùn)維。積極鼓勵(lì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站部署氣體、電壓、溫度等先進(jìn)傳感器，提升狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警能力；鼓勵(lì)采用智能算法提升儲(chǔ)能電站的主動(dòng)管理能力；規(guī)范電池?cái)?shù)據(jù)的采集、記錄，強(qiáng)化電化學(xué)儲(chǔ)能電站的數(shù)字化全壽命周期管理。
第四，建立多方聯(lián)動(dòng)的電化學(xué)儲(chǔ)能電站應(yīng)急體系。強(qiáng)制安裝有害氣體報(bào)警裝置，確保電站具備電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警能力；通過預(yù)警裝置與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，確?；馂?zāi)隱患早發(fā)現(xiàn)、早處理；加強(qiáng)對(duì)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(chǔ)能電站安全事故后的調(diào)查追責(zé)和教訓(xùn)總結(jié)。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》（下旬刊）2022年第11期
