截至2022年底,我国已投运新型储能项目装机规模达870万千瓦,平均储能时长约2.1小时,比2021年底增长110%以上。据国家发展改革委、国家能源局预测,到2025年,新型储能装机容量达3000万千瓦以上。
然而,储能行业蓬勃发展的背后,储能安全问题频频见报。
爆炸!爆炸!又爆炸!

2019年4月,美国亚利桑那州储能项目爆炸,凤凰城附近的一个锂离子电池储能系统着火,在第一批急救人员打开舱门后发生爆炸,导致数人被送往医院,其中有8人受伤。

2021年4月16日,北京大红门储能电站起火爆炸, 造成1名值班电工遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤。

2022年2月13日,位于加利福尼亚州Vistra Energy旗下的,世界上规模最大的莫斯兰丁锂离子储能站设施,由于10个电池组完全融化而触发了火警。

一桩桩一件件简直触目惊心, 据小盒子不完全统计,2012年-2022年10年间,全球共发生54起储能电站起火爆炸事故。其中,美国10起、中国7起、韩国33起。

储能行业的快速成长,吸引越来越多的企业加入,但玩家技术参差不齐也为行业带来了不稳定的因素。 部分厂家的系统集成设计只是将各方采购来的不同品牌的锂电池、储能PCS等设备简单堆砌到集装箱中,系统在发货前也没有经过全面测试和有效联调,再加上保护执行不到位,导致最终交付给客户的整个储能系统存在巨大的性能和安全隐患。

归纳总结,查漏补缺
除了设备烧毁的损失,因设备更换而导致的项目延期并网和停运所带来的损失更是不可估量。 如何做到有效规避,得先认识到问题所在,分析上述54起事故,小盒子总结了以下四点原因:
1.电池系统缺陷: 当电池系统制造中存在缺陷的情况下,在电池过充时,因电池内部短路火灾发生可能性会变高;

2.针对电冲击的保护体系不完善: 当过电压或过电流流经电池系统时,可能引发电池短路而引发电池起火;
3.运营环境管理及设置不周: 安装在山地或海边的储能装置在高昼夜温差下,引发反复冷凝现象以及灰尘吸附,进而可能导致电池和模块外壳间的接地部分绝缘层损坏,引起火灾;

4.储能系统综合管理体系欠缺: 储能电站缺乏综合的系统进行设计和保护也是起火问题的重要原因。
电池性能和老化问题无法避免,储能产业的相关安全标准的缺位可以补齐。
2022年12月30日,市场监管总局发布《电化学储能电站安全规程》, 该规程的发布填补了此前电化学储能电站安全配置相关国标的空白,是储能安全领域的首个指引性文件,将于2023年7月1日正式实施。

文件指出了“尽早探测、精准灭火”的大方向:“每个电池模块可单独配置探测器”、“锂离子电池室/舱自动灭火系统的最小保护单元宜为电池模块,每个电池模块可单独配置灭火介质喷头或探火管” ,即如采用“PACK级探测+灭火”。
明确了“灭火+降温,抑制复燃”的要求:“灭火介质应具有良好的绝缘性和降温性能,自动灭火系统应满足扑灭火灾和持续抑制复燃的要求”为了持续抑制复燃,目前业内常用的做法是采用“多次气体喷射”的加强型配置或“气体灭火+水降温”的复合型配置。
内容无不体现出国家对于电化学储能电站安全问题的高度重视,为储能消防安全的未来发展提供了方向指引, 将推动一系列的相关规则、标准和配套措施落地,也将带动储能消防投入的成倍提高。

防为主,消为辅
消防系统设计在储能系统安全保护措施中只是一小部分,储能系统集成能力、后期运维及风险监测管理水平才更加关键。目前业内重点关注和大力开展的热失控提前预警和消防安全技术,无法从根本上避免储能系统的安全事故。

未来电化学储能电站的安全管理应覆盖全生命周期,构建本体安全、主动安全、消防防御三重防线:
1.质量管理: 目前各家电芯封装工艺不同,有的粗制滥造甚至电芯部分直接课露在空气中。若单个电芯发生热失控将很快蔓延到整个集装箱。优质的材料和制造工艺是产品安全的前提,储能系统广家需要做好360°的品控管理工作,尤其是在电芯原料、制造工艺、检测使用等关键环节建立专业的质量管理标准,将优质的材料和先进的工艺应用到产品中,同时,做好全生命周期的储能安全管理,不仅需要关注生产制造环节,同时也要做好存储、运输、安装等多个环节的风险预防。

2.源头控制: 想要实现锂电储能电站“零事故”绝对安全的目标,需要改变思路,从电池安全状态的实时评价和预测着手。一方面通过系统监控,做到对电池的状态分析、预判和预警,从源头上防上与阻断热失控,另一方面,因储能系统内较多电气连接,在复杂的使用工况下有可能引引发拉弧现象,会引发设备火灾,如何开展电弧的检测与防护,对储能系统安全尤其重要。
3.消防保护: 做好产品质量及源头防火的基础之上,储能系统的消防设计对诸能安全同样重要。如何通过合理的消防设计,做到对烟感、温感、可燃气体等隐患的探测监控,通过排风泄压、防爆等设计减少热失控扩散带来的损失等都需要科学合理的设计。

4.系统设计: 储能系统中,电池与PCS、BMS、EMS等系统存在强耦合关系,若从不同品牌采购,现场调试拼装,各系统间安全保障的强耦合关系将被强行割裂打破,系统的精细化管理、联动保护控制、电气和消防的安全性都无法保证,系统间安全保障的强耦合关系将被强行打破。系统的精细化管理、联动保护控制,电气和消防的安全性都无法保证,长期运行过程中也带来了安全隐患与系统风险的不确定性。
如何打破储能系统各单元的信息孤岛,真正将储能系统整合成有机整体,不仅考验厂家在电化学、电力电子、电气等各方面的技术实力,更考验厂家对储能系统的理解与沉淀
写在最后
目前储能市场还处于发展初期,伴随新型储能电站装机规模的持续增长,以及各项安全规范制度的落地实施,市场对储能安全的重视程度也会不断提高,储能领域的安全将得到进一步的保障。