9月10-11日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、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國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會在深圳召開。此次大會主題是“綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、發(fā)展”。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(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。
10日下午，國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院儲能技術(shù)中心高級工程師陳凌宇受邀在“儲能安全與系統(tǒng)集成專場”分享了主題報告，主題為《新型儲能技術(shù)安全管理要求及提升性分析》。
陳凌宇：大家好，我是來自國網(wǎng)浙江電科院儲能中心的陳凌宇，我主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的儲能相關(guān)技術(shù)研究，今天想要做的匯報主題是新型儲能應(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能技術(shù)的安全角度，對安全做一個解析，主要以鋰離子電池為主。
從鋰離子儲能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、電池系統(tǒng)的組成來看，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。
最主要的安全問題就是熱失控的行為，以磷酸鐵鋰來說，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)生了一些儲能事故，如2021年4月16日，北京大紅門儲能電站發(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。
從儲能事故上看，很重要一點(diǎn)就是在儲能電池的集成上，存在環(huán)流、過充、內(nèi)短路現(xiàn)象，對電池安全造成重要的影響。除此以外，在整個過程中會引起可燃?xì)怏w的復(fù)燃，這也是安全管控過程中比較重視的環(huán)節(jié)。
從這些問題看來，我們分析當(dāng)前儲能安全的幾個主要因素，標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理整個環(huán)節(jié)存在短板，還有消防應(yīng)急手段不足，這是目前存量儲能電站存在的共性問題。當(dāng)然，在這幾年發(fā)展過程中，體系和技術(shù)路線上都在提升。
我們針對現(xiàn)在面臨的問題，也采取一些措施，其中一部分就是針對電網(wǎng)儲能電站新增了《變電站電化學(xué)儲能裝置投運(yùn)驗收技術(shù)規(guī)范》，我們后來會按照這個標(biāo)準(zhǔn)來驗收和實施，該標(biāo)準(zhǔn)的制定響應(yīng)了國家的政策號召，同時也是因為整個生產(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)對儲能電站進(jìn)行要求。其中一個很重要的管理環(huán)節(jié)就是要求明確有型式試驗報告和抽檢報告，能夠滿足經(jīng)營規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。其次是儲能電池管理系統(tǒng)，早期的產(chǎn)品相對來說比較簡單，現(xiàn)在大家對這個環(huán)節(jié)比較重視，要求有相對精準(zhǔn)高效的保護(hù)，和及時準(zhǔn)確的故障診斷，對電池的熱失控和安全防護(hù)形成比較有效的手段，提高儲能的安全水平。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，我們在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范里面也明確了選址、防火間距、消防聯(lián)動、通風(fēng)系統(tǒng)、消防給水、滅火系統(tǒng)等等，有詳細(xì)的要求。舉例來說，消防聯(lián)動功能要求可燃?xì)怏w探測器跟通風(fēng)、空調(diào)等有明確的聯(lián)動以及相關(guān)的反應(yīng)邏輯，避免可燃性聚集和燃爆的風(fēng)險發(fā)生。因為氣體的密度不同，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，能源局發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點(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)過相應(yīng)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)實施模塊級電池實體火災(zāi)模擬試驗驗證。
在國網(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)，這個標(biāo)準(zhǔn)里頭涉及到電化學(xué)儲能的有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。對此，我們對存量儲能電站做了排查，主要是存在可燃?xì)馓綔y器聯(lián)動功能以及防爆泄壓的設(shè)計，明確了整改方案，對存量儲能電站做了整改和提升。
第二個隱患，主要涉及到封堵和防火間距的問題，北京大紅門事件也是因為封堵不嚴(yán)密，導(dǎo)致可燃?xì)怏w流通，造成可燃?xì)馊急?，故對整個儲能電站做了封堵提升。在防火間距上也明確最新的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是要求長邊端3米，短邊端4米，同時要求防火墻的高度要超出外擴(kuò)1米。
第三個重大隱患就是聯(lián)動功能，這個包括在消防設(shè)計里頭，我們也對這個功能做了功能改造和提升。
第四個是在儲能電池單體級溫度采集布點(diǎn)方面，我們通過多方調(diào)研明確了單體級溫度采集對存量站整改具有較大的難度，因此主要針對新增的儲能電站，明確了這塊的提升要求，而溫升速率的提升已經(jīng)通過BMS軟件升級來實現(xiàn)。
第五是涉及到選址的問題，在整改過程中通過防火墻等提升性防護(hù)舉措實現(xiàn)安全隱患的有效隔離，對于改造難度較大的站點(diǎn)，只能實施關(guān)停的措施。
第六個隱患針對電池系統(tǒng)回路未配置直流斷路器、隔離開關(guān)等開斷、保護(hù)設(shè)備，電池簇未設(shè)置簇級斷電器等情況，按照要求增配直流斷路器。
第七個隱患是相關(guān)檢測資質(zhì)，這個我們早期在投運(yùn)的時候就做了要求。
第八個隱患是BMS的過壓、欠壓、絕緣、過溫的保護(hù)功能，大多數(shù)早期的BMS以及EMS都有具備這塊功能。
第十個隱患是電池未取得儲能電池有效型式試驗報告和抽檢報告。國家在對檢測資質(zhì)和相關(guān)檢測報告上有提出非常明確的要求，后續(xù)在入網(wǎng)的時候?qū)@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題，因為消防備案在各省份地市的應(yīng)急管理部對這塊的決策、手段、應(yīng)對措施不是非常明確，而且不統(tǒng)一，所以很多地方涉及到項目沒有辦法備案，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)成熟的儲能團(tuán)隊，在科研上有較深的積累和提升，并且應(yīng)用到儲能電站的實際運(yùn)行中去。
一是儲能電池的安全管理技術(shù)，第一個技術(shù)就是數(shù)字化儲能，通過高頻電力電子與電池耦合的柔性架構(gòu)，通過基于可重構(gòu)電池模組網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)設(shè)計，實現(xiàn)融合電池在線電壓檢測的電池均衡與安全管控技術(shù)。簡單來說，就是通過DESS，用軟件定義電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蓜討B(tài)重構(gòu)的分布式數(shù)字儲能裝置，實現(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能電池能量轉(zhuǎn)化成數(shù)字上的能量流，對它做一個集中的管控。
第二個技術(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)平臺上，通過熱濫用、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、電池運(yùn)行狀態(tài)評估、可燃?xì)獗O(jiān)測等方面，實現(xiàn)熱失控早期預(yù)警。早期預(yù)警完以后，對結(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，增強(qiáng)電池環(huán)境、溫度管控能力，以及提升可燃?xì)獗O(jiān)測及聯(lián)動通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合云邊協(xié)同系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個儲能電站的綜合評估和故障預(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。
第三個技術(shù)是安全診斷技術(shù)，基于氣體探測的早期預(yù)警，通過不同的故障類型，分析它的氣體類型，對它進(jìn)行定量定性分析?；趦?nèi)置和外置的感知技術(shù)，這是外置的探測傳感技術(shù)，這是項目內(nèi)置的傳感器技術(shù)，形成了基于數(shù)據(jù)的電池狀態(tài)評估。舉個例子，將鋰電池的頂蓋與氣體傳感器形成一體化的無損植入方法。
以上就是我們對儲能安全做的工作，在安全和管理上做的工作、經(jīng)驗和措施。希望能給大家?guī)硪恍﹩l(fā)，一起促進(jìn)儲能行業(yè)安全有效快速的發(fā)展。
以上是我的報告，謝謝大家！
原標(biāo)題：國網(wǎng)浙江電科院陳凌宇：新型儲能技術(shù)安全管理要求及提升性分析
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