中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：6月19—20日，由中國(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)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、全國(guó)微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國(guó)電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來(lái)自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間，中國(guó)電力科學(xué)研究院儲(chǔ)能電池本體技術(shù)研究室主任楊凱分享了主題報(bào)告《電力儲(chǔ)能中的安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)技術(shù)》，以下是演講全文：
楊凱：我是來(lái)自中國(guó)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(chǔ)能中的安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)技術(shù)》。
今天主要從四個(gè)方面來(lái)跟大家分享，一個(gè)是目前的安全問(wèn)題，再一個(gè)對(duì)于安全問(wèn)題的原因進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，根據(jù)安全問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施最后介紹一下中國(guó)電科院在這個(gè)方面做的一些工作。
除了抽水蓄能以外的化學(xué)儲(chǔ)能當(dāng)中，電化學(xué)儲(chǔ)能占的比重比較多，電化學(xué)儲(chǔ)能當(dāng)中鋰離子電池又占了絕對(duì)的比重。
隨之而來(lái)的就是安全問(wèn)題，從目前來(lái)講我們國(guó)家2018年電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能規(guī)模將近40萬(wàn)千瓦，大家現(xiàn)在報(bào)道比較多的是韓國(guó)的，從2017年到現(xiàn)在23起數(shù)目，前兩天有一個(gè)事故分析報(bào)告也在網(wǎng)上熱議。我們國(guó)家公開報(bào)告現(xiàn)在是三期。
看一下這幾起事故，2017年3月7號(hào)山西的一起，火電廠做調(diào)頻的儲(chǔ)能項(xiàng)目。發(fā)生火災(zāi)以后整個(gè)一個(gè)集裝箱發(fā)生爆炸燃燒，多少有點(diǎn)爆燃的情況。
12月22號(hào)這起也是整個(gè)集裝箱燒毀，陜西省公安消防中隊(duì)向全省發(fā)出通報(bào)，同時(shí)作出了對(duì)事故認(rèn)定的分析報(bào)告。
再把目光推到韓國(guó)，韓國(guó)這兩年運(yùn)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?cè)趨⒓覧ESS的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)上得到的信息，這個(gè)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(shí)他們分析的一些原因，其實(shí)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(shí)我們也可以注意到，就在6月11號(hào)，韓國(guó)公布了23起儲(chǔ)能電站的調(diào)查結(jié)果，他們認(rèn)為原因是四點(diǎn)，這是根據(jù)韓語(yǔ)翻譯過(guò)來(lái)的，主體意思是表達(dá)了。這個(gè)結(jié)果網(wǎng)上議論的也比較多，有的對(duì)他的真實(shí)性或者權(quán)威性有一些猜測(cè)，今天這個(gè)場(chǎng)合我們不去過(guò)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(shuō)的幾起事故的現(xiàn)場(chǎng)照片。這起事故在網(wǎng)上傳播非常廣泛，也直接驚動(dòng)了國(guó)網(wǎng)公司的高層。從2018年6月份以后，儲(chǔ)能的安全被提到了非常高的層次。
這是幾起事故現(xiàn)場(chǎng)的照片。
再回到國(guó)內(nèi)，這是2018年8月份，江蘇用戶側(cè)磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站的火災(zāi)，這個(gè)跟前面不同的是這個(gè)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(guó)儲(chǔ)能設(shè)備發(fā)生火災(zāi)，在救助過(guò)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(wèn)題，或者是外圍設(shè)備的問(wèn)題，造成了電池的燃燒，同時(shí)缺乏有效的安全防護(hù)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(duì)電池火災(zāi)而專門配置的，后面我們還會(huì)再提到。因此導(dǎo)致的結(jié)果就是電池的初期火災(zāi)無(wú)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(gè)儲(chǔ)能集裝箱或者電站燒毀。
這個(gè)電池安全問(wèn)題粗淺來(lái)源，這個(gè)簡(jiǎn)單易說(shuō)，大家就知道對(duì)于儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)主要就是這三個(gè)來(lái)源，電激源、熱激源和機(jī)械激源。從電激源和熱激源來(lái)說(shuō)比較好理解，機(jī)械激源在儲(chǔ)能上不多，電動(dòng)汽車可能相對(duì)來(lái)講多一些，在儲(chǔ)能上面確實(shí)因素很少。
下面我們簡(jiǎn)單的分析一下安全問(wèn)題的原因，這個(gè)圖大家在很多場(chǎng)合都看到了，這個(gè)道理大家都知道，其實(shí)鋰離子的風(fēng)險(xiǎn)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(wèn)題造成的根源，從大的方面來(lái)講分成兩個(gè)部分，一個(gè)是電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)的，電池先天帶來(lái)的。另外一個(gè)就是應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中的，比如說(shuō)過(guò)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(lái)的。之所以講這個(gè)，在提電池安全方面的時(shí)候，往往發(fā)生比較多的是電池廠，他們會(huì)認(rèn)為我的電池如何控制工藝，如何做的自動(dòng)化，保證我這個(gè)電池的安全性非常好。直到現(xiàn)在很多電池廠說(shuō)我這個(gè)電池不會(huì)著火，沒有問(wèn)題，安全性非常好。其實(shí)他們忽略了一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是電池在應(yīng)用環(huán)節(jié)當(dāng)中帶來(lái)的安全問(wèn)題是絕對(duì)不能忽視的，并不是說(shuō)電池先天的安全性就能保證它在使用過(guò)程中不發(fā)生任何的問(wèn)題。
對(duì)于電池安全問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施。對(duì)于電力儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)，整體的安全性其實(shí)包括三個(gè)方面，第一個(gè)，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(gè)，在應(yīng)用環(huán)節(jié)。第三個(gè)，配套設(shè)施。
今天我們的重點(diǎn)，電池材料生產(chǎn)工藝我沒有資格在這個(gè)地方講，因?yàn)殡姵厣a(chǎn)這個(gè)東西我們沒有進(jìn)行過(guò)很深入的研究，不能展開講。配套設(shè)施目前來(lái)講基本比較成型，現(xiàn)在對(duì)于電力儲(chǔ)能來(lái)說(shuō)重點(diǎn)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(diǎn)講這個(gè)。
在這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中我們認(rèn)為重點(diǎn)就是三個(gè)技術(shù)，預(yù)警、防護(hù)和消防。講幾點(diǎn)關(guān)于鋰離子電池安全的幾點(diǎn)共識(shí)，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(rèn)為這幾點(diǎn)共識(shí)還是很有說(shuō)服力的。
第一個(gè)，磷酸鐵鋰電池理論上并不是絕對(duì)安全的，這個(gè)共識(shí)不是今天才有的，磷酸鐵鋰電池出來(lái)以后就有這樣的聲音出來(lái)，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(fù)極、電解液都沒有改變，所以它不是一個(gè)絕對(duì)安全，而是相對(duì)安全的。
第二個(gè)，通過(guò)安全性檢測(cè)的產(chǎn)品并不代表使用過(guò)程中不需要安全防護(hù)，這也是一種聲音，認(rèn)為我這個(gè)電池經(jīng)過(guò)了權(quán)威部門的安全檢測(cè)沒有問(wèn)題，接著就拿出報(bào)告來(lái)給你看說(shuō)這個(gè)電池沒有問(wèn)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(huì)通過(guò)安全性檢測(cè)，你不通過(guò)安全性檢測(cè)來(lái)投標(biāo)應(yīng)用的機(jī)會(huì)都沒有，但是一樣也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。安全性是一個(gè)幾率的問(wèn)題，安全性檢測(cè)是一個(gè)抽檢，不是全檢，可能檢到的不是一個(gè)帶著安全隱患的電池。在儲(chǔ)能當(dāng)中電池體量是非常巨大的，幾十萬(wàn)、上百萬(wàn)，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(cè)方法都是檢測(cè)新電池的，電池的著火往往是使用過(guò)一段時(shí)間才會(huì)開始著火，所以現(xiàn)有的檢測(cè)方法針對(duì)新電池的故障率可能會(huì)低一些。
第三個(gè)觀點(diǎn)，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(wú)法有效撲滅。對(duì)于初期火災(zāi)必須采用快速感知，定向精準(zhǔn)滅火的策略，并采取措施長(zhǎng)時(shí)間抑制電池復(fù)燃。另外消防設(shè)施應(yīng)該在儲(chǔ)能安裝的同時(shí)同步配置，后期采用一些補(bǔ)救的措施，費(fèi)時(shí)耗力，而且應(yīng)用的效果也打折扣。
最后一點(diǎn)共識(shí)，可能前面講的相對(duì)悲觀，安全性問(wèn)題是可治可防的。單純的電池生產(chǎn)工藝控制是無(wú)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(hù)體系。這個(gè)防護(hù)體系剛才也提到了其實(shí)就是三個(gè)，預(yù)警、防護(hù)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(zhǎng)的時(shí)間給我們以處置的時(shí)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(lái)了，那么第二步就是防護(hù)。目前對(duì)于國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，預(yù)警不好說(shuō)，防護(hù)和消防幾乎是空白，尤其是防護(hù)，幾乎沒有。你就看國(guó)內(nèi)已經(jīng)建好的儲(chǔ)能工程當(dāng)中，防護(hù)幾乎是空白。
如果沒有防住，第三步就是電池起火蔓延開來(lái)，必須采取有效的滅火，如果不能在電池初期火災(zāi)的時(shí)候?qū)⒒馂?zāi)有效撲滅，剩下的就是整個(gè)燒光，沒有什么別的選擇了。
對(duì)于這三個(gè)技術(shù)的需求，我們認(rèn)為是這樣的，對(duì)于預(yù)警來(lái)說(shuō)，主要就是要能夠準(zhǔn)確的判斷電池異常的狀態(tài)，同時(shí)要防止誤判，對(duì)電池的熱失控作出提前的預(yù)判，并且準(zhǔn)確的知道它的位置在哪兒。
對(duì)于防護(hù)來(lái)說(shuō)，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(duì)于旁邊的被動(dòng)電池的熱沖擊，同時(shí)由于電池可能會(huì)有一些爆燃的現(xiàn)象，所以要有一定的防止對(duì)模塊物理沖擊的功能。
第三個(gè)是消防，作為消防來(lái)說(shuō)，我們認(rèn)為有這么幾個(gè)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(yè)的左下角列的這個(gè)，關(guān)于用水來(lái)滅火，今天不想在這個(gè)場(chǎng)合過(guò)多的對(duì)這個(gè)技術(shù)做評(píng)判，我們只能說(shuō)我們認(rèn)為水來(lái)滅電池的火是不合適的，具體原因不在這里詳述了。我們國(guó)家電網(wǎng)公司有一個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是2018年1月1號(hào)頒布實(shí)施的，明確規(guī)定對(duì)于鋰離子電池的是嚴(yán)禁水噴淋的方式來(lái)滅火的，我只是講國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)水滅火這個(gè)事情的判斷。
第二個(gè)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(gè)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(gè)，要長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)，而且它復(fù)燃的時(shí)間比我們想象的要長(zhǎng)的多，所以要抑制復(fù)燃。還要減少對(duì)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(jī)制來(lái)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(guò)儲(chǔ)能電站的話，對(duì)這個(gè)再熟悉不過(guò)了，70%以上都是這種結(jié)構(gòu)。七氟丙烷對(duì)于滅明火是有一定的作用，但是為什么我們講它對(duì)滅鋰離子電池的火災(zāi)有很大的局限性呢？我們來(lái)看2017年山西省對(duì)于火災(zāi)的調(diào)查和認(rèn)定的報(bào)告，在它的右下角結(jié)論里面，提供了這么幾個(gè)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(shí)候消防正常啟動(dòng)了，第三個(gè)，火沒有被撲滅，最后他的結(jié)論是，七氟丙烷對(duì)于此類火災(zāi)的滅火效能沒有得到有效的驗(yàn)證。我們認(rèn)為不能因?yàn)檫@個(gè)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(gè)。
第二個(gè)，七氟丙烷確實(shí)對(duì)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(gè)也非?；穑?M公司的，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)幾家企業(yè)都開始生產(chǎn)這種滅火器。我們認(rèn)為它滅明火也是有作用的。但是它的沸點(diǎn)比較低，我們做過(guò)試驗(yàn)，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(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，我們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程當(dāng)中做了很多關(guān)于電池燃燒、爆炸的試驗(yàn)，相對(duì)來(lái)講從試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)各方面比較充足，我們粗算一下大概燒過(guò)的電池將近一千萬(wàn)。
對(duì)于預(yù)警方面，實(shí)事求是講我們?cè)陬A(yù)警方面做的離實(shí)用化還有一定的距離。一個(gè)是電池的風(fēng)險(xiǎn)做一下評(píng)估，根據(jù)這個(gè)電池的火災(zāi)特性做一些風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估。另外提出一些從溫度方面來(lái)進(jìn)行預(yù)警。
這個(gè)方面我們做的工作簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)，確實(shí)離實(shí)用化，我們覺得離有效預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)還有一定的距離。
第二是在防護(hù)方面。第一個(gè)是開發(fā)了一種防護(hù)材料，第二是根據(jù)防護(hù)和散熱，關(guān)于電池?zé)峁芾碓O(shè)計(jì)方面的，我們知道防護(hù)和熱管理和散熱是矛盾的，它一定會(huì)影響散熱的，這兩個(gè)怎么平衡這是我們做的一個(gè)工作。
這是我們開發(fā)的樣機(jī)。這個(gè)樣機(jī)我們做了一個(gè)試驗(yàn)，五并十二串三元電池，加了防護(hù)以后，把其中一個(gè)電池模塊引燃，五個(gè)電池引燃三個(gè)，三個(gè)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?cè)跍缁鸺夹g(shù)方面做的一些工作。我們?cè)跍缁鸺夹g(shù)研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了一套滅火裝置，我們認(rèn)為優(yōu)勢(shì)主要就是幾個(gè)，第一個(gè)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(shí)具有自動(dòng)判定自動(dòng)啟動(dòng)的功能，能夠在五秒內(nèi)撲滅明火，并且24小時(shí)之內(nèi)不復(fù)燃，而且這種復(fù)活劑很環(huán)保，對(duì)環(huán)境污染很小。
這是我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)的一個(gè)圖。目前這個(gè)裝置已經(jīng)通過(guò)國(guó)家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，有三個(gè)結(jié)論，滅火裝置的自動(dòng)響應(yīng)時(shí)間為0.5秒。從接收釋放信號(hào)到明火撲滅時(shí)間為3.5秒，復(fù)燃抑制劑噴射結(jié)束24小時(shí)內(nèi)電池沒有出現(xiàn)復(fù)燃。
針對(duì)這個(gè)滅火的裝置我們開發(fā)了三種類型，主要是針對(duì)不同體量的儲(chǔ)能，這是我們?cè)诤贾莨?10kV江虹變儲(chǔ)能電站使用的消防系統(tǒng)。
目前我們講的消防都是針對(duì)電池的初期火災(zāi)的，到大規(guī)模火災(zāi)的時(shí)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）
