中國儲能網(wǎng)訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構(gòu)共同支持的第十四屆中國國際儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“共建儲能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲能新發(fā)展”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會，儲能網(wǎng)視頻號線上直播11萬人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證、飛輪儲能、液流電池、熔鹽儲熱、壓縮空氣儲能等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
3月11日下午，國家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心技術(shù)總監(jiān)余華強受邀在儲能檢測、認證及標(biāo)準(zhǔn)專場分享主題報告，報告題目為《儲能站老化及風(fēng)險評估方法研究》。以下為報告主要內(nèi)容：
余華強：大家好！我是國家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的技術(shù)總監(jiān)余華強，我今天的這個演講的題目是儲能站老化衰減及風(fēng)險評估的方法研究。這個項目是我們跟國電投一起合作的，是針對國內(nèi)儲能站的后市場?；旧鲜轻槍扔械碾娀瘜W(xué)儲能站的價值評估，比如講它的買賣或者說是針對它的后期的維修翻新乃至保險精算所開展的研究。
這個項目更多的是針對工程性應(yīng)用可能和機理的方向不是特別多。我們現(xiàn)在看一下現(xiàn)在的情況，先看兩組數(shù)據(jù)：
第一個這個是2022年的全年和2023年的上半年，國內(nèi)的電化學(xué)儲能站的故障分布度，2023年下半年的數(shù)據(jù)還沒有出來，我們把數(shù)據(jù)進行了歸一化處理，我們按照每一百兆瓦時這個數(shù)據(jù)進行計算，電化學(xué)儲能站大家可以看出來，在新的這段時間內(nèi)，它的單位能量停機數(shù)增加了68%，它的電池故障的比例從9%上漲到了28.92%，增長了221%，已經(jīng)排到第一的位置了。
這張圖是去年跟今年上半年的對比，那么去年是BMS是第一位，占43%，它每次停大概停3.65小時，到了今年上半年電池已經(jīng)迅速上升到了第一位，而且它每次要停34.74小時。所以我們可以看出來，對于電化學(xué)儲能站最薄弱和標(biāo)準(zhǔn)化程度最低的部分其實就是電池，所以我們后面所進行的研究的基礎(chǔ)。這個是這次研究的一些背景支持，首先是儲能站的延壽，大家知道一個電化學(xué)儲能站的平均設(shè)計時間是24年，正常情況是6年換一次芯，但是我們這個運營商想8年，但實際上中電聯(lián)報告回來的數(shù)據(jù)是5年，這個電化學(xué)儲能站基本上就不能用了。剛才可能安徽電網(wǎng)的朋友們講了，低于80%充放電效率的時候它是沒有補貼的，我們大概在5年就到這個位置上了。實際上電芯廠告訴我們可以循環(huán)八千次、一萬次，這應(yīng)該是十到十五年的壽命，為什么在這個地方就出現(xiàn)了這個問題，五年就不能用了。第二個問題是儲能站的估值，你們預(yù)期中的儲能站肯定要有買賣怎么估值，說白了這個儲能站可以用多久還可以用多久這是一個問題。
另外一些問題就是底下的安全運維的保護，這這個我們國內(nèi)過去是空白的，新版的36276運行以后可能好一點，增加了一千次循環(huán)之后的熱失控和短路實驗但是這個不夠。相關(guān)的研究還是很少，包括文獻都是很少的。
這部分是評估的要求，首先是國家能源局要求2025年所有的電化學(xué)儲能站要納入安全風(fēng)險監(jiān)控。其它的要求比如講說評估的費用不應(yīng)該超過整個儲能站的5%，我們這個3%可能就夠了。周期不戳過12周，損壞的電芯，因為它是要損失電芯的，我們認為不應(yīng)該超過1%，大概有100-150支電芯的損失就可以了。
電池是作為評估的主體這個沒有問題，我們需要在評估過程中運行數(shù)據(jù)的支持。然后是一個很重要的，就是不同場景要規(guī)劃，什么意思？就是說你火電儲能和新能源的儲能運行場景不一樣，調(diào)峰和調(diào)頻的運行場景也不一樣，一個調(diào)峰的儲能站可不可以用于調(diào)頻？可以用多久？這個問題我們要解釋，所以說評價的方法一定要規(guī)劃，不能各搞一套。
我們看一下下一個，這是它的老化評估，這個是老化評估的一個具體路徑。老化評估和我們?nèi)粘Ｔ陔娦緩S看到的加速壽命有區(qū)別，前者是從零到一，新電芯到壽命結(jié)束。這個東西（指老化評估）是從1-2，我用了一段時間的電芯之后，在未來預(yù)期場景中再用上可以用多久，是這樣一個評估，這個路徑大概是三個部分，也就是說是一個老化標(biāo)定、運行數(shù)據(jù)和工況擬合，我們?nèi)绻蒙钪械呐e個例子來講基本上是一個調(diào)音，聽演唱會實況，自己演奏這么一個過程。
第一個問題就是基礎(chǔ)單元，基礎(chǔ)單元我們定義是最小而不可拆卸的功能單元，在設(shè)計這個項目的時候，有些專家也建議我們說，不要把電芯定為基礎(chǔ)單元，你現(xiàn)在最大的問題儲能站的模塊分化太厲害了，你們最好定位為模塊。我們考慮之后還是定為電芯。為什么呢？因為儲能站模塊是串聯(lián)的，它的電應(yīng)力是趨同的，區(qū)別只在溫度應(yīng)力上，那么一個電芯的模型再加上你溫場的模型是可以模擬出模塊和簇的，反過來如果你把模塊作為基礎(chǔ)單元，再做老化衰減模型就困難得多了。
中間這部分這個混合模型我們后面再說。這是我們先看一下它的約束條件，第一個就是它的標(biāo)準(zhǔn)電芯，大家在儲能界所經(jīng)常用的基本上是280Ah的芯，現(xiàn)在可能你們升級到314這個水平上，這個標(biāo)準(zhǔn)芯的容量增加了，外形沒變，這正是準(zhǔn)備在六年之后換芯，芯的外形如果不一樣大小就沒有辦法更換了，但是這個產(chǎn)生一個客觀的效果就是說，它讓我們的這個儲能電芯容量種類收窄，這樣對我們的加速模型的針對性和收斂性就非常好。
第二個是加速應(yīng)力的篩選，對于建好的儲能站，實際上它的應(yīng)力只有兩個就是溫度和它的工況。（工況）也就是倍率，這個地方還不是電流倍率是功率倍率，，別的機械振動也好還有其它的一些沖擊也好，沒有相應(yīng)的場景。所以應(yīng)力這個問題很簡單，就是兩個。然后是工況還原的約束，工況還原的約束是什么？我們要知道過去這個儲能站發(fā)生了什么，從哪兒來？從BMS來，BMS記錄什么？它只有電流電壓能量溫度，溫度可能記得還不太全，我們過去的知識是有限的，后面兩個問題我們后面再解釋。
OK，這個是我們整個的老化標(biāo)定的路徑，左邊這部分應(yīng)力篩選就是溫度，環(huán)境充放電倍率，和溫度倍率雙因子這三個加速模型。實際上是很傳統(tǒng)的，你們查文獻都有。那么最右邊那部分我們補了一個什么呢？補了一個實驗的機器學(xué)習(xí)和模型組合，為什么要這么做？你說標(biāo)準(zhǔn)方法的這條路可以走通為什么這么做？因為我們要保證這個模型的柔性，簡單來說是什么意思呢？一這個加速的速度和精度是矛盾的，當(dāng)加速的倍率高到一定程度之后精度就下來了，需要用機器學(xué)習(xí)的辦法來提高它的精度，第二是一個現(xiàn)實應(yīng)用場景，你們可能拿不到和儲能站同批次的電芯，怎么辦？甚至可能拿不到同型號的電芯，只有近似容量電芯，他們260Ah的芯來做的，我可能要用280Ah的模型，這個時候要求我們的模型要有一定的柔軟度。就是在底下第三條提出來的這個，那底下這幾個其它注釋實際上是工程學(xué)的一些知識。
第一個問題就是有些因此機構(gòu)可能用外推法來算這個加速模型壽命，這個不是說不能，但是你一定要想好，你未來使用的還是不是在你的線性階段，如果超出這個現(xiàn)行階段會產(chǎn)生一個什么問題呢？這個地方做過了，但是你做安全評估的時候誤差會非常大，這兩者相互作用之后可能會造成一個數(shù)據(jù)的失穩(wěn)，后面做不出來了。第二是溫度應(yīng)力的問題，你們在實驗室環(huán)境下做這個溫度應(yīng)力是均勻的，一個芯放在溫箱里做，但是在儲能站里面這個地方是有梯度的，BMS可能不能夠支持到你們這個梯度的充分反映，這個地方要做模塊的熱模型，至少要做熱觀測，然后原始生產(chǎn)廠家應(yīng)該替你們做過它的熱仿真，包括整個集裝箱的仿真。這個地方在數(shù)據(jù)驗證的時候使用熱仿真和BMS運行時的空調(diào)的耗電數(shù)據(jù)相匹配，這個地方相互驗證。
第三個問題我們講了，第四個問題是BMS本身的問題，BMS本身是有一定誤差的，大家讀過BMS的知道，有個BMS顯示值和真值，這個地方要注意鑒別，否則你做出的結(jié)果會有一點差異。
這個圖是三大加速模型，
阿倫尼烏斯模型、艾琳模型和逆冪律模型，這三個模型我個人認為，你們那個好用就用那個，可能有一些電化學(xué)從業(yè)者對模型有一定的愛憎不同，實際上我們做的時候沒必要，這底下的優(yōu)缺點都寫出來了，你們覺得那個模型好用就可以用那個，甚至可以聯(lián)合使用。
這個模型這張圖顯示的時候就是仿真和預(yù)測階段，我們前面做好了模型的溫度和備用模型之后，現(xiàn)在加上模塊的熱分析模型這樣形成一個模塊的模型，然后再加上儲能集裝箱的的熱仿真模型就形成了整個的模型。再加上BMS和EMS的約束機制這個就是這個模型?，F(xiàn)在我做什么？我需要把過去的數(shù)據(jù)讀出來，就是這個運行數(shù)據(jù)歸一化，我把過去的數(shù)據(jù)像放音樂一樣放出來，每一段運行它有不同的溫度和倍率，一定對應(yīng)電芯的標(biāo)準(zhǔn)老化狀態(tài)，累加起來就是我們電芯它的老化狀態(tài)（損傷積累），歸一化之后的老化狀態(tài)。
這個地方就是說我們這個模型做完之后可以知道整個集裝箱每一個電芯的老化狀態(tài)對吧？第三部分是什么？是未來工況的仿真，是反過來。工況的倍率和溫度可能我們在讀過來再播放一遍，你不就知道每個電芯在未來的老化程度了嗎？在這個問題上我們就解決了一個簡單的問題，儲能站還能用多久？以及在未來的工況下可以用多久，最右邊這部分是重構(gòu)。重構(gòu)是什么意思呢？儲能站是可以修的，如果我們更換了部分電芯改進了它的老化程度，我們修改了BMS、EMS約束規(guī)則，是不是就可以重構(gòu)？它的老化方向就變了，怎么是最優(yōu)呢？這個地方需要大量的算力，這個地方是吃算力的地方。我們要在整個的N多的方向中搜尋出最好的和最能省錢的方案。
行了，那我們就做完這個工作是不是就完成了？不是，問題出在哪兒？我們有一個假設(shè)，假設(shè)儲能站是安全運行的，你怎么知道你儲能站是安全運行的，你不能做這個，所以我們前面的老化后面還有一個邊界的約束，這個邊界的約束就是安全風(fēng)險評估。這個和剛才的分析是相反的，對于安全性其實我們并不關(guān)心整個系統(tǒng)，我們只關(guān)心小個的電芯，因為電芯是可燃的，一支電芯的燒起來可能就是火燒連營。右邊這些是我們新版的GB/T 36276，老版其實也是這樣，就是安全試驗有這么多，哪些可以用，首先我排除機械安全，這些東西儲能站裝完之后用不到，第二應(yīng)用場景不存在變更也排除它。第三我要看看電氣安全性，電氣安全性其實是單獨測試的，我不管它。報警與保護功能這個我也不管它，就剩下兩個，那個乙和這個甲。乙屬于整站的安全性評估，我然后甲，甲這部分你怎么看？甲出了這種事是安全事故，是電氣事故需要單獨評估的，所以最后我們只剩下了一個可以評估的指標(biāo)就是熱安全性，說白了就是以單體為核心的熱失控。
我再說一下這個地方我們討論的是熱失控Thermal runaway，不是熱擴散Thermal diffusion，這個地方一定要盯住熱失控，然后我們看這個。這是整個的安全評估的一個流程，這個流程我有兩個問題我需要解釋一下，一個是左邊，左邊這部分不用說了，這是做出來的數(shù)據(jù)收集和電芯級別的，這部分兩個做，哪兩個做？一是我拆出來的電芯，我們前面做過老化知道這個電芯是什么程度了，第二個就是說我根據(jù)未來的工況以及老化到未來想要那個程度的電芯，這兩種電芯做這個部分。然后我們把中間這部分是一個大數(shù)據(jù)的模型，有人可能你說沒必要搞中間這個模型，你搞這個干什么？為什么這么做？因為一支電芯的熱失控的成本是很高的，幾百塊，可能你做一點復(fù)雜的帶數(shù)據(jù)采集要一千多塊。你如果想要那個大模型你需要幾萬個數(shù)據(jù)點，成本不支持對吧。怎么辦呢？這樣我們用左邊這個有限的電芯給它做出失控的基本模型，然后用相似性的原理讓這個模型去產(chǎn)生數(shù)據(jù)，訓(xùn)練右邊大數(shù)據(jù)模型，讓它來生成所以我們是用這個辦法來解決儲能站這種安全評估中成本與準(zhǔn)確度這個相互之間差異的問題。
除了做這個部分還要補一點點機理，我們肯定要看。這是整個模型的一個構(gòu)建，最前面是數(shù)據(jù)收集預(yù)處理特征提取，然后底下是混合模型，從這邊開始一直到那邊的主程序NPC。下面這個是模型公式，這個VD是一個電壓密度，TD是溫度的密度，CU是電流分布，這個EA是傷的一致性，SOC是電池的行為，C是和電池有關(guān)的一個常亮，我們把這些東西設(shè)為這一個個子模型獨立之后在進行組成NPC的分析，有團隊監(jiān)督的熱失控分析。這個地方要說一下，這個地方和我們前面做那個老化那個地方不一樣在哪兒？老化的地方有可運行數(shù)據(jù)你們可以用，這個地方?jīng)]有，或者說很少。為什么？因為儲能站很少發(fā)生熱失控數(shù)據(jù)量不夠所以才要做這一部分。
這個就是我說的要補機理，你們做出來這個模型是不是這個，它的溫度有沒有什么變化，你們還是要做這個。這個江蘇省電科院的朋友們進行研究的成果。這是一個冷凍arc之后的一個SEM，ARC是產(chǎn)熱、穩(wěn)定、吸收。在特定溫度下，我們知道它在某個溫度下會發(fā)生熱失控或者熱失控前兆，在那個瞬間我們把液氮噴進去，把它凍住，再拆開做這個sem。這樣有是從理論上來支持我們熱失控的判斷。右邊這個是預(yù)警算法，那個比較復(fù)雜我們就不說了。
最后我說一下這個問題，這個問題就是一個比較容易搞混的問題，就是說安全評估熱失控預(yù)警和致災(zāi)預(yù)警的關(guān)系，這三個是三個不同的層次，安全評估是在最前面的，它是一個通過統(tǒng)計學(xué)或者數(shù)據(jù)支持的，它不需要傳感器的信號支持，也沒有發(fā)生熱失控，不需要后續(xù)處理，它是一個概率性指向，可能甚至都不能指向是哪一支電芯，只能指向某一類電芯，而中間這部分熱失控預(yù)警，它是一個準(zhǔn)確的指示。計算數(shù)據(jù)支持或者明確的傳感器物理知識，我知道在這次會議上我們有不少傳感器的公司來介紹他們這個功能，他們這個部分是在熱失控預(yù)警在中間這一部分，這一部分就是說在沒有發(fā)生熱失控也不需要后續(xù)處理的，右邊是一個明確的，你已經(jīng)發(fā)生熱失控了，煙感也好溫感也好紅外也好，它的作用是什么？告訴你那里發(fā)生熱失控了，你加大液體流量，把熱擴散攔住，不要發(fā)生致災(zāi)。但是我們站在這個位置決定了我們只允許走到第一步，盡量不走到第二步。為什么？因為電儲能站一旦發(fā)生熱失控你那個芯肯定會換的，模塊也會換，關(guān)鍵是你的儲能站會被貼一個標(biāo)簽，發(fā)生過熱失控，估值會掉一大塊，所以我們盡量讓它控制在第一步，我們知道那些芯可能有問題就把它換掉，最好不走到第二步，如果走到第二步也不要發(fā)生熱失控。這個就是基本上就是這樣一個過程。
我今天就是梳理了儲能站的老化和評估，這個方法主要用在儲能站后市場上，我們也希望在合適的時候和合適的機會進行開源，把整個模型算法和程序都放出來，我覺得儲能是全人類的，我再說一下我們國家中心，大家可能都知道，我們是國內(nèi)幾個重要認證機構(gòu)的核心實驗室，也是幾個發(fā)電集團的主力評估實驗室，過幾個月可能新買的36276也要實行了，我也歡迎大家去我們那兒參觀實驗室做評估和分析工作，這是我個人微信，如果你們愿意討論和探討的話加一下，謝謝大家！
