中國儲能網(wǎng)訊：6月19—20日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合江蘇省電機工程學(xué)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準化技術(shù)委員會、中國能源建設(shè)集團江蘇省電力設(shè)計院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲能技術(shù)應(yīng)用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。
會議期間，中國電力科學(xué)研究院儲能電池本體技術(shù)研究室主任楊凱分享了主題報告《電力儲能中的安全問題及應(yīng)對技術(shù)》，以下是演講全文：
楊凱：我是來自中國電力科學(xué)研究院的楊凱，今天跟大家分享的題目是《電力儲能中的安全問題及應(yīng)對技術(shù)》。
今天主要從四個方面來跟大家分享，一個是目前的安全問題，再一個對于安全問題的原因進行簡單的分析，根據(jù)安全問題的應(yīng)對措施最后介紹一下中國電科院在這個方面做的一些工作。
除了抽水蓄能以外的化學(xué)儲能當(dāng)中，電化學(xué)儲能占的比重比較多，電化學(xué)儲能當(dāng)中鋰離子電池又占了絕對的比重。
隨之而來的就是安全問題，從目前來講我們國家2018年電網(wǎng)側(cè)儲能規(guī)模將近40萬千瓦，大家現(xiàn)在報道比較多的是韓國的，從2017年到現(xiàn)在23起數(shù)目，前兩天有一個事故分析報告也在網(wǎng)上熱議。我們國家公開報告現(xiàn)在是三期。
看一下這幾起事故，2017年3月7號山西的一起，火電廠做調(diào)頻的儲能項目。發(fā)生火災(zāi)以后整個一個集裝箱發(fā)生爆炸燃燒，多少有點爆燃的情況。
12月22號這起也是整個集裝箱燒毀，陜西省公安消防中隊向全省發(fā)出通報，同時作出了對事故認定的分析報告。
再把目光推到韓國，韓國這兩年運氣不太好，2017年到現(xiàn)在是23起事故。這是截取了其中的一部分，這是我們在參加EESS的標(biāo)準會上得到的信息，這個里面展示了從2018年8月份到2018年7月份的7起事故。這是當(dāng)時他們分析的一些原因，其實從數(shù)據(jù)的最后一列我們可以看到它自己分析的原因，可能把有些歸結(jié)到控制這種。同時我們也可以注意到，就在6月11號，韓國公布了23起儲能電站的調(diào)查結(jié)果，他們認為原因是四點，這是根據(jù)韓語翻譯過來的，主體意思是表達了。這個結(jié)果網(wǎng)上議論的也比較多，有的對他的真實性或者權(quán)威性有一些猜測，今天這個場合我們不去過多的解讀他，我們只是覺得他把很多主體的責(zé)任放在了電池本體外圍的范圍。
這是剛才說的幾起事故的現(xiàn)場照片。這起事故在網(wǎng)上傳播非常廣泛，也直接驚動了國網(wǎng)公司的高層。從2018年6月份以后，儲能的安全被提到了非常高的層次。
這是幾起事故現(xiàn)場的照片。
再回到國內(nèi)，這是2018年8月份，江蘇用戶側(cè)磷酸鐵鋰儲能電站的火災(zāi)，這個跟前面不同的是這個電站是磷酸鐵鋰電池的，前面這些電站用的都是三元電池。
今年4月份在美國儲能設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，在救助過程中一些消防員受到了化學(xué)物質(zhì)傷害、燙傷等等。
都是在預(yù)警缺失或者之后的情況電池本身發(fā)生的問題，或者是外圍設(shè)備的問題，造成了電池的燃燒，同時缺乏有效的安全防護的措施。電池的初期火災(zāi)迅速蔓延，而且現(xiàn)有的消防措施也不是針對電池火災(zāi)而專門配置的，后面我們還會再提到。因此導(dǎo)致的結(jié)果就是電池的初期火災(zāi)無法得到有效抑制，最終演變?yōu)榇笠?guī)模的火災(zāi)，導(dǎo)致整個儲能集裝箱或者電站燒毀。
這個電池安全問題粗淺來源，這個簡單易說，大家就知道對于儲能來說主要就是這三個來源，電激源、熱激源和機械激源。從電激源和熱激源來說比較好理解，機械激源在儲能上不多，電動汽車可能相對來講多一些，在儲能上面確實因素很少。
下面我們簡單的分析一下安全問題的原因，這個圖大家在很多場合都看到了，這個道理大家都知道，其實鋰離子的風(fēng)險主要就是由于電池內(nèi)部放熱的副反應(yīng)發(fā)生連鎖反應(yīng)最終導(dǎo)致熱量積累，導(dǎo)致熱失控，造成電池的燃燒，爆炸。熱失控這些問題造成的根源，從大的方面來講分成兩個部分，一個是電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的，電池先天帶來的。另外一個就是應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中的，比如說過充電或者低溫充電這種，應(yīng)用環(huán)節(jié)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)帶來的。之所以講這個，在提電池安全方面的時候，往往發(fā)生比較多的是電池廠，他們會認為我的電池如何控制工藝，如何做的自動化，保證我這個電池的安全性非常好。直到現(xiàn)在很多電池廠說我這個電池不會著火，沒有問題，安全性非常好。其實他們忽略了一個很重要的問題，就是電池在應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中帶來的安全問題是絕對不能忽視的，并不是說電池先天的安全性就能保證它在使用過程中不發(fā)生任何的問題。
對于電池安全問題的應(yīng)對措施。對于電力儲能來說，整體的安全性其實包括三個方面，第一個，材料和生產(chǎn)工藝，就是電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)如何保證安全性。第二個，在應(yīng)用環(huán)節(jié)。第三個，配套設(shè)施。
今天我們的重點，電池材料生產(chǎn)工藝我沒有資格在這個地方講，因為電池生產(chǎn)這個東西我們沒有進行過很深入的研究，不能展開講。配套設(shè)施目前來講基本比較成型，現(xiàn)在對于電力儲能來說重點的缺失是本體在應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中技術(shù)的缺失，所以今天重點講這個。
在這個環(huán)節(jié)當(dāng)中我們認為重點就是三個技術(shù)，預(yù)警、防護和消防。講幾點關(guān)于鋰離子電池安全的幾點共識，基本上是我們跟業(yè)界的相關(guān)部門和專家在一起討論以后，認為這幾點共識還是很有說服力的。
第一個，磷酸鐵鋰電池理論上并不是絕對安全的，這個共識不是今天才有的，磷酸鐵鋰電池出來以后就有這樣的聲音出來，大家知道磷酸鐵鋰電池由于它的正極材料比三元電池好一些，所以它的安全性也比三元電池好一些，但是它的負極、電解液都沒有改變，所以它不是一個絕對安全，而是相對安全的。
第二個，通過安全性檢測的產(chǎn)品并不代表使用過程中不需要安全防護，這也是一種聲音，認為我這個電池經(jīng)過了權(quán)威部門的安全檢測沒有問題，接著就拿出報告來給你看說這個電池沒有問題。但是包括這些已經(jīng)發(fā)生安全事故的電站也好，包括技術(shù)一些領(lǐng)域的也好，這些電池在使用前都會通過安全性檢測，你不通過安全性檢測來投標(biāo)應(yīng)用的機會都沒有，但是一樣也會出現(xiàn)問題。安全性是一個幾率的問題，安全性檢測是一個抽檢，不是全檢，可能檢到的不是一個帶著安全隱患的電池。在儲能當(dāng)中電池體量是非常巨大的，幾十萬、上百萬，這種體量的電池，你很難保證沒有安全隱患的電池在里面。
現(xiàn)有的檢測方法都是檢測新電池的，電池的著火往往是使用過一段時間才會開始著火，所以現(xiàn)有的檢測方法針對新電池的故障率可能會低一些。
第三個觀點，電池的初期火災(zāi)一旦蔓延并形成大規(guī)?；馂?zāi)，現(xiàn)有消防措施無法有效撲滅。對于初期火災(zāi)必須采用快速感知，定向精準滅火的策略，并采取措施長時間抑制電池復(fù)燃。另外消防設(shè)施應(yīng)該在儲能安裝的同時同步配置，后期采用一些補救的措施，費時耗力，而且應(yīng)用的效果也打折扣。
最后一點共識，可能前面講的相對悲觀，安全性問題是可治可防的。單純的電池生產(chǎn)工藝控制是無法從根本上解決的，必須開發(fā)電池在應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中的防護體系。這個防護體系剛才也提到了其實就是三個，預(yù)警、防護和消防，預(yù)警是第一步的，如果能形成有效的預(yù)警，提前足夠長的時間給我們以處置的時間這種有效的預(yù)警。如果沒有預(yù)警或者沒有預(yù)警到電池就著起來了，那么第二步就是防護。目前對于國內(nèi)的儲能系統(tǒng)來說，預(yù)警不好說，防護和消防幾乎是空白，尤其是防護，幾乎沒有。你就看國內(nèi)已經(jīng)建好的儲能工程當(dāng)中，防護幾乎是空白。
如果沒有防住，第三步就是電池起火蔓延開來，必須采取有效的滅火，如果不能在電池初期火災(zāi)的時候?qū)⒒馂?zāi)有效撲滅，剩下的就是整個燒光，沒有什么別的選擇了。
對于這三個技術(shù)的需求，我們認為是這樣的，對于預(yù)警來說，主要就是要能夠準確的判斷電池異常的狀態(tài)，同時要防止誤判，對電池的熱失控作出提前的預(yù)判，并且準確的知道它的位置在哪兒。
對于防護來說，首先要防止電池出現(xiàn)這種電濫用、熱濫用的情況，如果一旦發(fā)生了，要能夠有效的抑制故障電池失火或者熱失控，對于旁邊的被動電池的熱沖擊，同時由于電池可能會有一些爆燃的現(xiàn)象，所以要有一定的防止對模塊物理沖擊的功能。
第三個是消防，作為消防來說，我們認為有這么幾個需求，第一，消防的滅火器要有非常良好的吸熱特性和絕緣特性的電池火災(zāi)專用滅火器。稍微提一下，這一頁的左下角列的這個，關(guān)于用水來滅火，今天不想在這個場合過多的對這個技術(shù)做評判，我們只能說我們認為水來滅電池的火是不合適的，具體原因不在這里詳述了。我們國家電網(wǎng)公司有一個企業(yè)標(biāo)準，這個企業(yè)標(biāo)準是2018年1月1號頒布實施的，明確規(guī)定對于鋰離子電池的是嚴禁水噴淋的方式來滅火的，我只是講國家電網(wǎng)公司對水滅火這個事情的判斷。
第二個需求，就是要有與電池特性相匹配的滅火技術(shù)?，F(xiàn)在主要是磷酸鐵鋰電池和三元電池兩種體系，特性不太一致，所以滅火策略相應(yīng)要有所調(diào)整。
第三個要有比較好的滅火效果，快速的滅火，防止火災(zāi)發(fā)生蔓延，最后演變成大規(guī)模的火災(zāi)。
第四個，要長時間的抑制復(fù)燃，電池復(fù)燃是區(qū)別于其他物品的很突出的特點，而且它復(fù)燃的時間比我們想象的要長的多，所以要抑制復(fù)燃。還要減少對其他沒有起火電池和電氣設(shè)備的損害，另外要環(huán)保，沒有二次污染。
講一下目前常規(guī)的滅火技術(shù)，從滅火機制來講，主要介紹七氟丙烷、1230和熱氣溶膠。七氟丙烷大家都很熟悉了，如果參觀過儲能電站的話，對這個再熟悉不過了，70%以上都是這種結(jié)構(gòu)。七氟丙烷對于滅明火是有一定的作用，但是為什么我們講它對滅鋰離子電池的火災(zāi)有很大的局限性呢？我們來看2017年山西省對于火災(zāi)的調(diào)查和認定的報告，在它的右下角結(jié)論里面，提供了這么幾個信息。第一，它設(shè)置的消防系統(tǒng)是符合要求的，9%的濃度。第二，火災(zāi)發(fā)生的時候消防正常啟動了，第三個，火沒有被撲滅，最后他的結(jié)論是，七氟丙烷對于此類火災(zāi)的滅火效能沒有得到有效的驗證。我們認為不能因為這個事兒把七氟丙烷一棒子打死，七氟丙烷滅火是有作用的，但是是由于目前集裝箱的這種布置的方式，使它滅火的效果大打折扣，這是一個。
第二個，七氟丙烷確實對于抑制電池的復(fù)燃沒有作用。我們要肯定它滅明火的作用。
1230這個也非?；穑?M公司的，現(xiàn)在國內(nèi)幾家企業(yè)都開始生產(chǎn)這種滅火器。我們認為它滅明火也是有作用的。但是它的沸點比較低，我們做過試驗，1230在正常的空氣當(dāng)中40分鐘全部揮發(fā)完畢，揮發(fā)完畢以后它抑制電池復(fù)燃的作用就很有限了。
介紹一下中國電科院在這方面做的工作。2012年到現(xiàn)在一直在做電池安全相關(guān)的工作，我們依托的是國家重點實驗室，我們在整個過程當(dāng)中做了很多關(guān)于電池燃燒、爆炸的試驗，相對來講從試驗經(jīng)費各方面比較充足，我們粗算一下大概燒過的電池將近一千萬。
對于預(yù)警方面，實事求是講我們在預(yù)警方面做的離實用化還有一定的距離。一個是電池的風(fēng)險做一下評估，根據(jù)這個電池的火災(zāi)特性做一些風(fēng)險的評估。另外提出一些從溫度方面來進行預(yù)警。
這個方面我們做的工作簡單說說，確實離實用化，我們覺得離有效預(yù)警的標(biāo)準還有一定的距離。
第二是在防護方面。第一個是開發(fā)了一種防護材料，第二是根據(jù)防護和散熱，關(guān)于電池?zé)峁芾碓O(shè)計方面的，我們知道防護和熱管理和散熱是矛盾的，它一定會影響散熱的，這兩個怎么平衡這是我們做的一個工作。
這是我們開發(fā)的樣機。這個樣機我們做了一個試驗，五并十二串三元電池，加了防護以后，把其中一個電池模塊引燃，五個電池引燃三個，三個電池燃燒以后再把或滅掉，結(jié)果可以看到基本上就把它自己的模塊燒毀了，周邊的電池幾乎不受影響。
最后是我們在滅火技術(shù)方面做的一些工作。我們在滅火技術(shù)研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套滅火裝置，我們認為優(yōu)勢主要就是幾個，第一個就是采用電池專用的氣液復(fù)合滅火劑，能夠根據(jù)不同的電池體系制訂不同的滅火策略，同時具有自動判定自動啟動的功能，能夠在五秒內(nèi)撲滅明火，并且24小時之內(nèi)不復(fù)燃，而且這種復(fù)活劑很環(huán)保，對環(huán)境污染很小。
這是我們在現(xiàn)場做試驗的一個圖。目前這個裝置已經(jīng)通過國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢測，有三個結(jié)論，滅火裝置的自動響應(yīng)時間為0.5秒。從接收釋放信號到明火撲滅時間為3.5秒，復(fù)燃抑制劑噴射結(jié)束24小時內(nèi)電池沒有出現(xiàn)復(fù)燃。
針對這個滅火的裝置我們開發(fā)了三種類型，主要是針對不同體量的儲能，這是我們在杭州公司110kV江虹變儲能電站使用的消防系統(tǒng)。
目前我們講的消防都是針對電池的初期火災(zāi)的，到大規(guī)?；馂?zāi)的時候，目前的消防是幾乎沒有作用的，所以必須要預(yù)留一些外部的消防技術(shù)的通道。
我的分享就是這樣，謝謝大家。
（本文根據(jù)演講錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
