中國儲能網訊：9月10-11日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會、南方科技大學碳中和能源研究院、南方電網能源發(fā)展研究院聯合100余家機構共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經濟、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統集成商、金融機構等不同領域的600余家產業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會。
10日下午，國網浙江省電力有限公司電力科學研究院儲能技術中心高級工程師陳凌宇受邀在“儲能安全與系統集成專場”分享了主題報告，主題為《新型儲能技術安全管理要求及提升性分析》。
陳凌宇：大家好，我是來自國網浙江電科院儲能中心的陳凌宇，我主要負責電網的儲能相關技術研究，今天想要做的匯報主題是新型儲能應用安全管理要求及技術提升性分析，主要從電網公司的安全管理角度和儲能技術的安全角度，對安全做一個解析，主要以鋰離子電池為主。
從鋰離子儲能系統的基本結構、電池系統的組成來看，鋰電池的本質安全原因，就是鋰電池本身存在一定的不一致性，包括容量不一致、內阻止部分一致、自放電率不一致、老化曲線不一致、溫度的影響等等。
最主要的安全問題就是熱失控的行為，以磷酸鐵鋰來說，熱失控溫度在500度以上，三元鋰低于300度，這是我們市面上電化學儲能比較傾向于磷酸鐵鋰的重要原因。熱失控的行為比較關鍵的環(huán)節(jié)就是SEI膜的分解，導致電解液在電極表面的大量分解放熱，造成電池溫度升高，從而引發(fā)熱失控。熱失控早期和發(fā)生階段會產生不同的氣體，包括一氧化碳、烷烴及揮發(fā)性有機氣體，這些可燃氣體是造成儲能電站發(fā)生燃爆事故的關鍵因素。
近年也發(fā)生了一些儲能事故，如2021年4月16日，北京大紅門儲能電站發(fā)現了燃爆事件，造成了三名人員的死亡。大紅門事件就是可燃氣體的聚集引起的燃爆事件。還有特斯拉的儲能電站，液冷系統的泄露，導致電池模塊產生電弧，這也是熱失控爆炸的直接誘因。
從儲能事故上看，很重要一點就是在儲能電池的集成上，存在環(huán)流、過充、內短路現象，對電池安全造成重要的影響。除此以外，在整個過程中會引起可燃氣體的復燃，這也是安全管控過程中比較重視的環(huán)節(jié)。
從這些問題看來，我們分析當前儲能安全的幾個主要因素，標準體系和安全管理整個環(huán)節(jié)存在短板，還有消防應急手段不足，這是目前存量儲能電站存在的共性問題。當然，在這幾年發(fā)展過程中，體系和技術路線上都在提升。
我們針對現在面臨的問題，也采取一些措施，其中一部分就是針對電網儲能電站新增了《變電站電化學儲能裝置投運驗收技術規(guī)范》，我們后來會按照這個標準來驗收和實施，該標準的制定響應了國家的政策號召，同時也是因為整個生產工藝和技術都在提升，不斷地要求我們把更高的標準對儲能電站進行要求。其中一個很重要的管理環(huán)節(jié)就是要求明確有型式試驗報告和抽檢報告，能夠滿足經營規(guī)范和標準。其次是儲能電池管理系統，早期的產品相對來說比較簡單，現在大家對這個環(huán)節(jié)比較重視，要求有相對精準高效的保護，和及時準確的故障診斷，對電池的熱失控和安全防護形成比較有效的手段，提高儲能的安全水平。其中非常重要的就是溫度采集，包括采集點的分布，保護的溫度，以及溫升速率。
在電站消防上，我們在標準規(guī)范里面也明確了選址、防火間距、消防聯動、通風系統、消防給水、滅火系統等等，有詳細的要求。舉例來說，消防聯動功能要求可燃氣體探測器跟通風、空調等有明確的聯動以及相關的反應邏輯，避免可燃性聚集和燃爆的風險發(fā)生。因為氣體的密度不同，也明確了排風口的位置以及排風口的要求必須要防爆性。同時，能源局發(fā)布《防止電力生產事故的二十五項重點要求》里面提出，要求有固定的滅火系統，以及要滿足撲滅電池明火不復燃的要求，而且消防系統要經過相應資質的機構實施模塊級電池實體火災模擬試驗驗證。
在國網公司內部管理上，安監(jiān)專業(yè)線上也提出了安全隱患排查的標準，這個標準里頭涉及到電化學儲能的有14條隱患，其中第一條屬于重大隱患——消防設施未按規(guī)定配置正常運行。對此，我們對存量儲能電站做了排查，主要是存在可燃氣探測器聯動功能以及防爆泄壓的設計，明確了整改方案，對存量儲能電站做了整改和提升。
第二個隱患，主要涉及到封堵和防火間距的問題，北京大紅門事件也是因為封堵不嚴密，導致可燃氣體流通，造成可燃氣燃爆，故對整個儲能電站做了封堵提升。在防火間距上也明確最新的設計標準是要求長邊端3米，短邊端4米，同時要求防火墻的高度要超出外擴1米。
第三個重大隱患就是聯動功能，這個包括在消防設計里頭，我們也對這個功能做了功能改造和提升。
第四個是在儲能電池單體級溫度采集布點方面，我們通過多方調研明確了單體級溫度采集對存量站整改具有較大的難度，因此主要針對新增的儲能電站，明確了這塊的提升要求，而溫升速率的提升已經通過BMS軟件升級來實現。
第五是涉及到選址的問題，在整改過程中通過防火墻等提升性防護舉措實現安全隱患的有效隔離，對于改造難度較大的站點，只能實施關停的措施。
第六個隱患針對電池系統回路未配置直流斷路器、隔離開關等開斷、保護設備，電池簇未設置簇級斷電器等情況，按照要求增配直流斷路器。
第七個隱患是相關檢測資質，這個我們早期在投運的時候就做了要求。
第八個隱患是BMS的過壓、欠壓、絕緣、過溫的保護功能，大多數早期的BMS以及EMS都有具備這塊功能。
第十個隱患是電池未取得儲能電池有效型式試驗報告和抽檢報告。國家在對檢測資質和相關檢測報告上有提出非常明確的要求，后續(xù)在入網的時候將會對這一塊把控更嚴格。
第十四條是我們目前遇到的比較棘手的問題，因為消防備案在各省份地市的應急管理部對這塊的決策、手段、應對措施不是非常明確，而且不統一，所以很多地方涉及到項目沒有辦法備案，所以我們只能采取納入消防重點保護單位的措施來完成管理的閉環(huán)。
第四部分，浙江電科院具備專業(yè)成熟的儲能團隊，在科研上有較深的積累和提升，并且應用到儲能電站的實際運行中去。
一是儲能電池的安全管理技術，第一個技術就是數字化儲能，通過高頻電力電子與電池耦合的柔性架構，通過基于可重構電池模組網絡的開關設計，實現融合電池在線電壓檢測的電池均衡與安全管控技術。簡單來說，就是通過DESS，用軟件定義電池網絡拓撲可動態(tài)重構的分布式數字儲能裝置，實現電池能量流和信息流同頻離散化處理，使電池管控顆粒度從傳統電池簇級別細化為電池內部的能量片，使得能量流和信息流深度匹配融合，也就是我們把硬件上的儲能電池能量轉化成數字上的能量流，對它做一個集中的管控。
第二個技術是早期預警技術，也是集成在現在用的內部管控大數據平臺上，通過熱濫用、電濫用、機械濫用等三方面，提取關鍵的特征參數，建立熱失控預警機制，做到防范于未然。主要從溫度采集、溫升速率監(jiān)測、電池運行狀態(tài)評估、可燃氣監(jiān)測等方面，實現熱失控早期預警。早期預警完以后，對結果重新發(fā)布于管理提升上，比如優(yōu)化電池的材料和結構設計，增強電池環(huán)境、溫度管控能力，以及提升可燃氣監(jiān)測及聯動通風系統，結合云邊協同系統，能夠實現整個儲能電站的綜合評估和故障預警。技術創(chuàng)新點主要集中在將局部異常因子引入電池儲能系統的漸邊性故障診斷分析，提出了不同的局部異常因子方法的輸入數據生成算法，首次將閾值自適應機制引入局部異常因子方法。
第三個技術是安全診斷技術，基于氣體探測的早期預警，通過不同的故障類型，分析它的氣體類型，對它進行定量定性分析?；趦戎煤屯庵玫母兄夹g，這是外置的探測傳感技術，這是項目內置的傳感器技術，形成了基于數據的電池狀態(tài)評估。舉個例子，將鋰電池的頂蓋與氣體傳感器形成一體化的無損植入方法。
以上就是我們對儲能安全做的工作，在安全和管理上做的工作、經驗和措施。希望能給大家?guī)硪恍﹩l(fā)，一起促進儲能行業(yè)安全有效快速的發(fā)展。
以上是我的報告，謝謝大家！
