中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月10-11日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院、南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院聯(lián)合100余家機(jī)構(gòu)共同支持的碳中和能源高峰論壇暨第三屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在深圳召開(kāi)。此次大會(huì)主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的600余家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1317位嘉賓參加了本屆大會(huì)。
10日下午，國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院儲(chǔ)能技術(shù)中心高級(jí)工程師陳凌宇受邀在“儲(chǔ)能安全與系統(tǒng)集成專場(chǎng)”分享了主題報(bào)告，主題為《新型儲(chǔ)能技術(shù)安全管理要求及提升性分析》。
陳凌宇：大家好，我是來(lái)自國(guó)網(wǎng)浙江電科院儲(chǔ)能中心的陳凌宇，我主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)研究，今天想要做的匯報(bào)主題是新型儲(chǔ)能應(yīng)用安全管理要求及技術(shù)提升性分析，主要從電網(wǎng)公司的安全管理角度和儲(chǔ)能技術(shù)的安全角度，對(duì)安全做一個(gè)解析，主要以鋰離子電池為主。
從鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)的組成來(lái)看，鋰電池的本質(zhì)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(nèi)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(wèn)題就是熱失控的行為，以磷酸鐵鋰來(lái)說(shuō)，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(xué)儲(chǔ)能比較傾向于磷酸鐵鋰的重要原因。熱失控的行為比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是SEI膜的分解，導(dǎo)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(huì)產(chǎn)生不同的氣體，包括一氧化碳、烷烴及揮發(fā)性有機(jī)氣體，這些可燃?xì)怏w是造成儲(chǔ)能電站發(fā)生燃爆事故的關(guān)鍵因素。
近年也發(fā)生了一些儲(chǔ)能事故，如2021年4月16日，北京大紅門(mén)儲(chǔ)能電站發(fā)現(xiàn)了燃爆事件，造成了三名人員的死亡。大紅門(mén)事件就是可燃?xì)怏w的聚集引起的燃爆事件。還有特斯拉的儲(chǔ)能電站，液冷系統(tǒng)的泄露，導(dǎo)致電池模塊產(chǎn)生電弧，這也是熱失控爆炸的直接誘因。
從儲(chǔ)能事故上看，很重要一點(diǎn)就是在儲(chǔ)能電池的集成上，存在環(huán)流、過(guò)充、內(nèi)短路現(xiàn)象，對(duì)電池安全造成重要的影響。除此以外，在整個(gè)過(guò)程中會(huì)引起可燃?xì)怏w的復(fù)燃，這也是安全管控過(guò)程中比較重視的環(huán)節(jié)。
從這些問(wèn)題看來(lái)，我們分析當(dāng)前儲(chǔ)能安全的幾個(gè)主要因素，標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理整個(gè)環(huán)節(jié)存在短板，還有消防應(yīng)急手段不足，這是目前存量?jī)?chǔ)能電站存在的共性問(wèn)題。當(dāng)然，在這幾年發(fā)展過(guò)程中，體系和技術(shù)路線上都在提升。
我們針對(duì)現(xiàn)在面臨的問(wèn)題，也采取一些措施，其中一部分就是針對(duì)電網(wǎng)儲(chǔ)能電站新增了《變電站電化學(xué)儲(chǔ)能裝置投運(yùn)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》，我們后來(lái)會(huì)按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)驗(yàn)收和實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)的制定響應(yīng)了國(guó)家的政策號(hào)召，同時(shí)也是因?yàn)檎麄€(gè)生產(chǎn)工藝和技術(shù)都在提升，不斷地要求我們把更高的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行要求。其中一個(gè)很重要的管理環(huán)節(jié)就是要求明確有型式試驗(yàn)報(bào)告和抽檢報(bào)告，能夠滿足經(jīng)營(yíng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。其次是儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，早期的產(chǎn)品相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)在大家對(duì)這個(gè)環(huán)節(jié)比較重視，要求有相對(duì)精準(zhǔn)高效的保護(hù)，和及時(shí)準(zhǔn)確的故障診斷，對(duì)電池的熱失控和安全防護(hù)形成比較有效的手段，提高儲(chǔ)能的安全水平。其中非常重要的就是溫度采集，包括采集點(diǎn)的分布，保護(hù)的溫度，以及溫升速率。
在電站消防上，我們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)規(guī)范里面也明確了選址、防火間距、消防聯(lián)動(dòng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防給水、滅火系統(tǒng)等等，有詳細(xì)的要求。舉例來(lái)說(shuō)，消防聯(lián)動(dòng)功能要求可燃?xì)怏w探測(cè)器跟通風(fēng)、空調(diào)等有明確的聯(lián)動(dòng)以及相關(guān)的反應(yīng)邏輯，避免可燃性聚集和燃爆的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。因?yàn)闅怏w的密度不同，也明確了排風(fēng)口的位置以及排風(fēng)口的要求必須要防爆性。同時(shí)，能源局發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》里面提出，要求有固定的滅火系統(tǒng)，以及要滿足撲滅電池明火不復(fù)燃的要求，而且消防系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)相應(yīng)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)實(shí)施模塊級(jí)電池實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。
在國(guó)網(wǎng)公司內(nèi)部管理上，安監(jiān)專業(yè)線上也提出了安全隱患排查的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里頭涉及到電化學(xué)儲(chǔ)能的有14條隱患，其中第一條屬于重大隱患——消防設(shè)施未按規(guī)定配置正常運(yùn)行。對(duì)此，我們對(duì)存量?jī)?chǔ)能電站做了排查，主要是存在可燃?xì)馓綔y(cè)器聯(lián)動(dòng)功能以及防爆泄壓的設(shè)計(jì)，明確了整改方案，對(duì)存量?jī)?chǔ)能電站做了整改和提升。
第二個(gè)隱患，主要涉及到封堵和防火間距的問(wèn)題，北京大紅門(mén)事件也是因?yàn)榉舛虏粐?yán)密，導(dǎo)致可燃?xì)怏w流通，造成可燃?xì)馊急?，故?duì)整個(gè)儲(chǔ)能電站做了封堵提升。在防火間距上也明確最新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是要求長(zhǎng)邊端3米，短邊端4米，同時(shí)要求防火墻的高度要超出外擴(kuò)1米。
第三個(gè)重大隱患就是聯(lián)動(dòng)功能，這個(gè)包括在消防設(shè)計(jì)里頭，我們也對(duì)這個(gè)功能做了功能改造和提升。
第四個(gè)是在儲(chǔ)能電池單體級(jí)溫度采集布點(diǎn)方面，我們通過(guò)多方調(diào)研明確了單體級(jí)溫度采集對(duì)存量站整改具有較大的難度，因此主要針對(duì)新增的儲(chǔ)能電站，明確了這塊的提升要求，而溫升速率的提升已經(jīng)通過(guò)BMS軟件升級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
第五是涉及到選址的問(wèn)題，在整改過(guò)程中通過(guò)防火墻等提升性防護(hù)舉措實(shí)現(xiàn)安全隱患的有效隔離，對(duì)于改造難度較大的站點(diǎn)，只能實(shí)施關(guān)停的措施。
第六個(gè)隱患針對(duì)電池系統(tǒng)回路未配置直流斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等開(kāi)斷、保護(hù)設(shè)備，電池簇未設(shè)置簇級(jí)斷電器等情況，按照要求增配直流斷路器。
第七個(gè)隱患是相關(guān)檢測(cè)資質(zhì)，這個(gè)我們?cè)缙谠谕哆\(yùn)的時(shí)候就做了要求。
第八個(gè)隱患是BMS的過(guò)壓、欠壓、絕緣、過(guò)溫的保護(hù)功能，大多數(shù)早期的BMS以及EMS都有具備這塊功能。
第十個(gè)隱患是電池未取得儲(chǔ)能電池有效型式試驗(yàn)報(bào)告和抽檢報(bào)告。國(guó)家在對(duì)檢測(cè)資質(zhì)和相關(guān)檢測(cè)報(bào)告上有提出非常明確的要求，后續(xù)在入網(wǎng)的時(shí)候?qū)?huì)對(duì)這一塊把控更嚴(yán)格。
第十四條是我們目前遇到的比較棘手的問(wèn)題，因?yàn)橄纻浒冈诟魇》莸厥械膽?yīng)急管理部對(duì)這塊的決策、手段、應(yīng)對(duì)措施不是非常明確，而且不統(tǒng)一，所以很多地方涉及到項(xiàng)目沒(méi)有辦法備案，所以我們只能采取納入消防重點(diǎn)保護(hù)單位的措施來(lái)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(chǔ)能團(tuán)隊(duì)，在科研上有較深的積累和提升，并且應(yīng)用到儲(chǔ)能電站的實(shí)際運(yùn)行中去。
一是儲(chǔ)能電池的安全管理技術(shù)，第一個(gè)技術(shù)就是數(shù)字化儲(chǔ)能，通過(guò)高頻電力電子與電池耦合的柔性架構(gòu)，通過(guò)基于可重構(gòu)電池模組網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)融合電池在線電壓檢測(cè)的電池均衡與安全管控技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)DESS，用軟件定義電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蓜?dòng)態(tài)重構(gòu)的分布式數(shù)字儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)電池簇級(jí)別細(xì)化為電池內(nèi)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(chǔ)能電池能量轉(zhuǎn)化成數(shù)字上的能量流，對(duì)它做一個(gè)集中的管控。
第二個(gè)技術(shù)是早期預(yù)警技術(shù)，也是集成在現(xiàn)在用的內(nèi)部管控大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，通過(guò)熱濫用、電濫用、機(jī)械濫用等三方面，提取關(guān)鍵的特征參數(shù)，建立熱失控預(yù)警機(jī)制，做到防范于未然。主要從溫度采集、溫升速率監(jiān)測(cè)、電池運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)等方面，實(shí)現(xiàn)熱失控早期預(yù)警。早期預(yù)警完以后，對(duì)結(jié)果重新發(fā)布于管理提升上，比如優(yōu)化電池的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)電池環(huán)境、溫度管控能力，以及提升可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)及聯(lián)動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合云邊協(xié)同系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)儲(chǔ)能電站的綜合評(píng)估和故障預(yù)警。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在將局部異常因子引入電池儲(chǔ)能系統(tǒng)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(shù)據(jù)生成算法，首次將閾值自適應(yīng)機(jī)制引入局部異常因子方法。
第三個(gè)技術(shù)是安全診斷技術(shù)，基于氣體探測(cè)的早期預(yù)警，通過(guò)不同的故障類型，分析它的氣體類型，對(duì)它進(jìn)行定量定性分析?；趦?nèi)置和外置的感知技術(shù)，這是外置的探測(cè)傳感技術(shù)，這是項(xiàng)目?jī)?nèi)置的傳感器技術(shù)，形成了基于數(shù)據(jù)的電池狀態(tài)評(píng)估。舉個(gè)例子，將鋰電池的頂蓋與氣體傳感器形成一體化的無(wú)損植入方法。
以上就是我們對(duì)儲(chǔ)能安全做的工作，在安全和管理上做的工作、經(jīng)驗(yàn)和措施。希望能給大家?guī)?lái)一些啟發(fā)，一起促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)安全有效快速的發(fā)展。
以上是我的報(bào)告，謝謝大家！
