中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：儲(chǔ)能裝機(jī)高速增長(zhǎng)隨之而來(lái)的儲(chǔ)能安全問(wèn)題愈發(fā)凸顯，陽(yáng)光電源半年內(nèi)連續(xù)兩次火煉真機(jī)且測(cè)試過(guò)程保持高透明度，體現(xiàn)了陽(yáng)光電源對(duì)自家產(chǎn)品安全性的足夠自信，也將為儲(chǔ)能行業(yè)站控級(jí)安全提供實(shí)證參考。
儲(chǔ)能安全問(wèn)題愈發(fā)凸顯
近幾年，隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)，儲(chǔ)能市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展期，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)今年3月發(fā)布的《2024年中國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示，2023年全球儲(chǔ)能新增裝機(jī)量約48.6GW，其中，新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)量約 42.0GW，占比為 86.4%。
作為全球儲(chǔ)能的三大市場(chǎng)之一，2023 年，中國(guó)儲(chǔ)能新增裝機(jī)量約26.6GW。其中，新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)量約21.3GW，是2022年新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)量的3.6倍。
2024年1-9月中國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)功率超21GW,容量規(guī)模接近于去年全年。
全球儲(chǔ)能裝機(jī)高速增長(zhǎng)的同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全問(wèn)題也愈發(fā)凸顯。
在新型儲(chǔ)能的諸多技術(shù)路線之中，鋰離子電池以其高能量密度、長(zhǎng)壽命、高效率和快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，成為了儲(chǔ)能領(lǐng)域的主流技術(shù)路線，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)、消費(fèi)電子產(chǎn)品以及大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中，推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。
然而，鋰離子電池也存在一些顯著的挑戰(zhàn)，尤其是在熱穩(wěn)定性方面。
在高溫、過(guò)充或短路等極端條件下，鋰離子電池會(huì)發(fā)生熱失控現(xiàn)象，從而引發(fā)火災(zāi)或爆炸。
這些安全隱患使得鋰離子電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)，成為引發(fā)安全事故的主要原因之一。
據(jù)CESA儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2009年11月以來(lái)，全球共發(fā)生了117起儲(chǔ)能相關(guān)事故，發(fā)生在源網(wǎng)及用戶側(cè)場(chǎng)景的儲(chǔ)能電站事故共87起，數(shù)量占比達(dá)75%。
其中，應(yīng)用磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)事故分別為68起、36起，兩類(lèi)事故合計(jì)占比達(dá)89%。
從11起披露損失數(shù)據(jù)的事故看，這些事故造成一些人員和財(cái)產(chǎn)損失，比如，紐約州杰斐遜縣肖蒙村太陽(yáng)能發(fā)電廠儲(chǔ)能柜起火事故、韓國(guó)忠清南道洪城儲(chǔ)能系統(tǒng)起火事故、韓國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電廠1500kWh 儲(chǔ)能電站起火事故以及韓國(guó)光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)起火事故損失均達(dá)到了上百萬(wàn)，深圳美拜電子有限公司倉(cāng)庫(kù)起火事故直接損失更是高達(dá)2000萬(wàn)元。
117起事故中有13起公開(kāi)了具體的事故原因，其中有8起事故是因?yàn)殡姵囟搪贰⒙┮簩?dǎo)致失溫進(jìn)而產(chǎn)生了起火爆炸，1起是因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)內(nèi)泄漏導(dǎo)致短路，并引發(fā)電子元件起火，1起是因?yàn)橹車(chē)h(huán)境點(diǎn)爆炸導(dǎo)致失火。
陽(yáng)光電源兩次火煉真機(jī)自證“真金”
2024年5月，陽(yáng)光電源用4臺(tái)PowerTitan真機(jī)搭建了實(shí)景模擬儲(chǔ)能電站，并在全球眾多客戶的直播見(jiàn)證下，完成全球首個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)大規(guī)模燃燒測(cè)試。
起火的PowerTitan 1.0儲(chǔ)能系統(tǒng)真機(jī)經(jīng)過(guò)4小時(shí)燃燒后火勢(shì)無(wú)蔓延，最終儲(chǔ)能柜仍能保持結(jié)構(gòu)完整性。
時(shí)隔半年，陽(yáng)光電源近日宣布，再次重金投入3000萬(wàn)，對(duì)20MWh的PowerTitan2.0(以下簡(jiǎn)稱PT2.0)進(jìn)行了最大規(guī)模、最長(zhǎng)時(shí)間的真機(jī)燃燒不蔓延測(cè)試。
相比第一次測(cè)試，本次測(cè)試在燃燒時(shí)長(zhǎng)、測(cè)試條件、安全標(biāo)準(zhǔn)上全面升級(jí)，大大增加了難度系數(shù)，PowerTitan2.0成功通過(guò)了三大挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)一：抵住一天一夜的燃燒，驗(yàn)證系統(tǒng)超強(qiáng)防護(hù)能力。
相比行業(yè)常規(guī)燃燒測(cè)試4-8小時(shí)，本次挑戰(zhàn)時(shí)間延長(zhǎng)3-6倍，系統(tǒng)在歷經(jīng)25小時(shí)43分鐘的不間斷燃燒后，熱失控單柜艙體結(jié)構(gòu)依然保持完整，燃燒后仍能整體吊裝。且火情未向四周蔓延，展示了PT2.0的泄爆設(shè)葉、阻燃能力和抗沖擊性能。
挑戰(zhàn)二：扛住熔化鋼鐵的高溫，驗(yàn)證系統(tǒng)熱失控不蔓延。
模擬極端工況，布局4臺(tái)100%滿電負(fù)荷的儲(chǔ)能柜，其中A柜和B柜僅隔15厘米間距，這一距離已達(dá)極限（行業(yè)內(nèi)實(shí)際電站雙柜大多相隔3米）。
測(cè)試結(jié)果顯示A柜熱失控并未蔓延至近在咫尺的B柜，當(dāng)熱失控A柜火焰溫度飆升至1385℃時(shí)（這個(gè)溫度足以熔化鋼鐵），B柜電芯卻始終保持40℃正常范圍，證明了PT2.0在極限間距下仍能保持出色的耐火隔熱能力。
挑戰(zhàn)三：無(wú)消防保護(hù)下，驗(yàn)證系統(tǒng)“裸奔”耐火阻燃性能。
測(cè)試中主動(dòng)關(guān)閉所有柜體的消防系統(tǒng)，使得艙體處于“無(wú)保護(hù)”狀態(tài)，安全風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。但PT2.0憑借被動(dòng)防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，測(cè)試中4臺(tái)儲(chǔ)能柜所有艙門(mén)均未燒穿，且最大程度控制了燃燒范圍和破壞力，展示了儲(chǔ)能系統(tǒng)在面對(duì)極端火災(zāi)情況時(shí)強(qiáng)大的自主應(yīng)對(duì)能力。
值得一提的是，本次測(cè)試通過(guò)直接現(xiàn)場(chǎng)展示，讓挪威船級(jí)社DNV和陽(yáng)光電源在全球范圍內(nèi)的100多家客戶擔(dān)當(dāng)見(jiàn)證人的做法，更增添了其測(cè)試結(jié)果的可信度。
本次高難度、高標(biāo)準(zhǔn)燃燒測(cè)試的成功為儲(chǔ)能行業(yè)站控級(jí)安全提供了實(shí)證參考，引領(lǐng)了儲(chǔ)能行業(yè)安全新標(biāo)準(zhǔn)。
啟示：儲(chǔ)能安全應(yīng)在4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)著力
鋰電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)最核心的組成部分，發(fā)生熱失控引發(fā)儲(chǔ)能事故的原因主要為5個(gè)方面：
制造缺陷、析鋰短路、電芯的不一致等鋰電池缺陷；鋰電池簇間環(huán)流加速電芯劣化；絕緣失效引發(fā)的外部短路，異常電流、異常過(guò)熱等引發(fā)電池內(nèi)短路;高溫、高濕等外部環(huán)境變化加速鋰電池老化，引起絕緣失效短路，并最終觸發(fā)熱失控;BMS、EMS、PCS等模塊之間的管理邏輯不當(dāng)和硬件故障導(dǎo)致電池的監(jiān)管失效，造成鋰電池?zé)崾Э亍?
因此，避免儲(chǔ)能事故，系統(tǒng)集成應(yīng)在4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)發(fā)力。
第一，本體安全。鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵部分在電芯，系統(tǒng)集成商要通過(guò)自研高品質(zhì)電芯或選擇技術(shù)先進(jìn)、一致性好、故障率小的一線品牌電芯，保證電芯的本體安全。
第二，電氣安全。儲(chǔ)能系統(tǒng)中，EMS負(fù)責(zé)決策，BMS負(fù)責(zé)監(jiān)控，是儲(chǔ)能系統(tǒng)的“大腦”，逆變器PCS則負(fù)責(zé)串聯(lián)EMS與BMS來(lái)對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，是儲(chǔ)能安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要將電化學(xué)技術(shù)與電力電子技術(shù)、熱技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等進(jìn)行融合，對(duì)每個(gè)電芯、電池包、電池簇及儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化監(jiān)控與管理，做到主動(dòng)防護(hù)。
第三、集成安全技術(shù)。儲(chǔ)能系統(tǒng)往往由多個(gè)電池單元組成，如何確保在個(gè)別單元發(fā)生問(wèn)題時(shí)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，考驗(yàn)的是系統(tǒng)集成安全技術(shù)。
另外，通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的安全設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以確保在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就充分考慮安全性，采取相應(yīng)的冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的整體安全性。
第四、消防與預(yù)警機(jī)制。消防系統(tǒng)的目標(biāo)是防止非電池火災(zāi)蔓延到電柜中的其他電芯，從而防止涉及少數(shù)電芯的小事故變成大規(guī)?；馂?zāi)，這就需要系統(tǒng)有相應(yīng)的消防和泄漏控制技術(shù)來(lái)迅速應(yīng)對(duì)，減少損失。
目前，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)集成商對(duì)于儲(chǔ)能電站的安全防范意識(shí)不僅僅停留在電芯環(huán)節(jié)，而是走向了“電芯-Pack-系統(tǒng)級(jí)”三重消防理念。
半年內(nèi)連續(xù)兩次火煉真機(jī)且測(cè)試過(guò)程保持高透明度足見(jiàn)陽(yáng)光電源對(duì)自家產(chǎn)品安全性的充分自信，這背后其對(duì)于技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)引領(lǐng)、對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)追求、對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)安全底線堅(jiān)守。
那么，陽(yáng)光電源的系統(tǒng)集成技術(shù)是如何體現(xiàn)上述四點(diǎn)的呢？
首先，陽(yáng)光電源近期進(jìn)行的真機(jī)火燒測(cè)試的PowerTitan2.0系統(tǒng)選用的電芯來(lái)是中創(chuàng)新航的高性能314Ah儲(chǔ)能電芯。
中創(chuàng)新航是全球儲(chǔ)能一級(jí)廠商，是業(yè)內(nèi)首個(gè)宣布量產(chǎn)交付314Ah儲(chǔ)能電芯的企業(yè)。
另外，中創(chuàng)新航還是國(guó)內(nèi)電池企業(yè)中參與兆瓦級(jí)儲(chǔ)能項(xiàng)目時(shí)間最早、數(shù)量最多、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)最為豐富的企業(yè)之一，參與國(guó)家最早一批儲(chǔ)能示范項(xiàng)目共22個(gè)。
中創(chuàng)新航開(kāi)發(fā)的全生命周期補(bǔ)鋰技術(shù)，通過(guò)“高效的正極補(bǔ)鋰材料保證全生命周期活性鋰損失能及時(shí)補(bǔ)充”，確保了電池在整個(gè)使用周期內(nèi)能夠保持良好的循環(huán)性能。
目前，中創(chuàng)新航已經(jīng)迭代升級(jí)了314Ah二代長(zhǎng)循環(huán)儲(chǔ)能電芯。
電氣設(shè)備方面，陽(yáng)光電源是全球逆變器龍頭企業(yè)，目前大型集中式儲(chǔ)能逆變器市場(chǎng)中，陽(yáng)光電源市場(chǎng)份額占前三。
PowerTitan2.0系統(tǒng)采用AC存儲(chǔ)，首次實(shí)現(xiàn)“一簇一PCS”，相比傳統(tǒng)“一柜一PCS”，這種模式簇級(jí)均流控制，無(wú)簇間木桶效應(yīng)，系統(tǒng)全生命周期放電量提升8%。支持SOC自動(dòng)標(biāo)定，無(wú)需停機(jī)和人工上站。
此外，一簇一PCS，各自獨(dú)立運(yùn)行，故障互不影響，單機(jī)故障維修僅半小時(shí)，大幅提升系統(tǒng)在線率。與“一PCS壞、整柜壞”的傳統(tǒng)儲(chǔ)能相比，故障損失減少92%。
系統(tǒng)采用液冷PACK+液冷PCS“全液冷”散熱，并搭載AI仿生熱平衡技術(shù)，具備速冷、微冷、加熱三種控溫模式，可根據(jù)電芯、環(huán)境溫度、運(yùn)行工況智能切換，輔電能耗降低45%。
集成技術(shù)方面，PowerTitan2.0采用直流不出柜，標(biāo)準(zhǔn)化短線纜內(nèi)置于全液冷散熱“空調(diào)房”，避免各類(lèi)安全隱患。此外搭載大電流AI滅弧技術(shù)，秒級(jí)關(guān)斷電弧，保護(hù)整柜安全。
陽(yáng)光電源在循環(huán)壽命、能量效率、能量密度方面整體尋優(yōu)，與電芯合作伙伴共建嚴(yán)格質(zhì)量管控，每顆電芯進(jìn)廠到上線，歷經(jīng)118項(xiàng)全方位測(cè)試，用心嚴(yán)選電芯。
預(yù)警機(jī)制上，PowerTitan2.0首次應(yīng)用電芯AI全息管理技術(shù)，通過(guò)電壓、電流、溫度、氣體、壓力、顆粒“6D傳感監(jiān)測(cè)”，提前24小時(shí)智能預(yù)警，源頭管理熱失控。
另外，PowerTitan2.0在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、控制策略三個(gè)維度采取50大安全設(shè)計(jì)，對(duì)電池包、電池簇、PCS、系統(tǒng)進(jìn)行400+安全測(cè)試。
消防上，PowerTitan2.0依然延續(xù)“預(yù)、泄、消”三層滿配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)的系統(tǒng)安全和可靠運(yùn)行。
今年10月，陽(yáng)光電源的電芯預(yù)診斷系統(tǒng)iSolarBPS（以下簡(jiǎn)稱“iSolarBPS”）憑借在電芯健康診斷和安全預(yù)警方面的出色表現(xiàn)，行業(yè)率先通過(guò)CGC/GF 246：2024儲(chǔ)能電池安全預(yù)警與診斷評(píng)估認(rèn)證，展現(xiàn)了陽(yáng)光電源在儲(chǔ)能安全管理領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)桿地位。
測(cè)試結(jié)果顯示，iSolarBPS各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在電芯健康診斷方面，針對(duì)內(nèi)短路、熱失控等易引發(fā)火災(zāi)事故的安全隱患，iSolarBPS識(shí)全率超過(guò)95%、誤報(bào)率為0%。
在安全預(yù)警方面，iSolarBPS提前7天預(yù)警電壓不一致隱患，提前100小時(shí)預(yù)警內(nèi)短路隱患，提前1小時(shí)預(yù)警熱失控隱患，通過(guò)三級(jí)預(yù)警機(jī)制，將電站安全隱患扼殺在萌芽階段。
