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以系统性管控思维实现电化学储能电站安全

作者:江卫良 刘勇 黄博文 来源:中国能源报 发布时间:2021-01-27 浏览:
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中国储能网讯:日前,湖南宁乡一家从事废旧电池回收处理及电池材料生产的工厂发生起火爆炸事故,引起业界广泛关注。根据该公司的声明,事故原因为:“因废渣堆放车间的废铝箔起火发生燃爆事故”,长沙市应急管理局的事故初步分析结果也印证了这一点。以上信息表明,本次安全事故和锂离子电池并没有关联,打消了公众对于锂离子电池热失控引发事故的疑虑。虽然本次事故与锂离子电池无关,但是锂离子电池储能电站(以下简称“锂电储能电站”)的安全问题仍然引起了人们的关切。

在我国“碳达峰、碳中和”目标下,储能作为支撑能源转型的关键技术,必将得到大规模应用。根据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会(CESA)的统计,目前我国电化学储能总装机容量已经超过2.5GW,其中锂离子电池占比80%以上,以磷酸铁锂电池为主。在未来相当长一段时间内,锂离子电池仍将是主流的电化学储能技术路线。锂离子电池作为一种比能量较高的能量存储介质,存在一定的热失控风险,但并非不可管控。对于锂电储能电站的安全问题,我们既不能麻痹大意,心存侥幸,也不能因噎废食,而应该直面安全问题,科学地做好风险管控,将锂电储能电站的安全风险降到可控范围,满足大规模工程应用的要求。

首先要树立安全底线意识,重视安全成本投入。当前,我国储能产业还处于商业化发展初期,但储能行业低价中标之风却愈演愈烈,导致储能厂商为了取得订单,不得不尽可能降低储能系统成本。对于储能厂商来讲,提高储能系统安全性的设计通常会增加相应的成本,而低成本是摆在储能厂商面前的一道坎,一味地低价中标会导致“劣币驱逐良币”,限制了储能厂商提升安全品质的空间。作为储能投资方来讲,安全运行是投资储能电站的基本要求,在储能系统采购时应优先考虑安全因素,摒弃低价中标模式,愿意为高品质储能系统因为提高安全可靠性所增加的合理成本买单。

其次要建立安全标准体系,推动强制安全认证。当前,我国储能安全相关标准正在建设过程中,一批电化学储能电站安全相关标准正在编制阶段,包括国家标准《电化学储能电站安全规程》(在编),团体标准《电化学储能电站安全技术要求》(征求意见)、《电化学储能电站检修规程》(征求意见)等。鉴于我国电化学储能电站的装机规模和发展速度,亟需建立针对电化学储能电站安全要求的标准体系,包括强制性国家标准,在此基础上逐步推动储能产品、储能电站的强制安全认证。通过强制安全认证,能够客观公正地评价不同储能产品、储能电站的安全水平,促进整个储能行业安全水平的提升。

再次要加强储能技术创新,构建多层级安全防护体系。对于锂离子电池储能系统,热失控的起因可能是由于锂离子电池本身或者外部原因触发,造成锂离子电池发生内部短路或外部短路,电池内部短时间内积累了大量热量,引发正负极活性物质和电解液等发生分解,导致电池起火或爆炸,进而引发周边相邻的电池发生连锁热失控,事故蔓延扩散,导致储能系统的热失控。

针对锂电储能系统热失控的特点,可通过技术创新来提升储能系统的安全性,按照“预防为主,多层级防护”的设计理念来构建整个锂电储能电站,开展以下几个层级的安全设计:(一)开展电芯创新技术研发,通过电芯安全结构设计和安全材料选择,提升锂电储能系统安全水平,达到本质安全。(二)即使锂离子电池单体或外部出现异常,通过BMS、监控系统及消防系统能够做到早发现、早预警、早处理,不致引起电池单体的热失控,相关技术包括BMS技术、电池大数据分析预警技术、气体探测技术等。(三)即使发生电池单体的热失控,通过热管理及消防系统能够有效抑制热蔓延,将影响限制在一定范围之内,不致引起系统级的热失控,相关技术包括隔热设计技术、液冷技术、局部精准消防技术等。(四)即使发生系统级的热失控,能够通过消防系统抑制火灾并发出警报,给现场及周边人员足够的撤离时间,不致引起人员伤亡,相关技术包括消防联动技术、细水雾灭火系统、新型灭火剂自动灭火系统等。

最后要加强运行维护管理,建立退役回收机制。锂电储能电站的运行维护需要建立一支专业的运维队伍,运维人员对锂电储能系统要有足够的认知和技能,在日常维护中能够敏锐地发现问题与隐患,面对突发问题时能够采取正确的处理措施,避免小问题发展成大事故。锂电储能电站每运行一段时间后,需要进行定期检修,对电池系统重新标定,发现异常电池并进行处理,避免“带病”工作。随着锂电储能电站运行年限的增长,电池的性能会发生较大衰减,也进入了故障高发期,安全风险随之增大,因此,应建立储能电池的强制退役机制,退役后的电池可根据情况进行梯次利用或资源回收处理。

总之,电化学储能电站安全问题是一个系统性的工程技术问题,可以在相关各方的协同努力下,通过科学的方法有效管控风险,促进储能产业行稳致远。

  (江卫良、刘勇供职于中国化学与物理电源行业协会储能应用分会;黄博文供职于国网湖南综合能源服务有限公司)

关键字:储能电站,安全

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