文|光伏頭條?
近日,中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)正式發(fā)布《磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能艙早期安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,該標(biāo)準(zhǔn)提出的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能艙早期安全預(yù)警技術(shù),通過聲音(極微壓)、氣體、圖像三級(jí)特征預(yù)警技術(shù),可以盡早發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能艙內(nèi)部微小局部故障,及時(shí)自動(dòng)判別消除安全隱患,有效預(yù)防兆瓦級(jí)及以上規(guī)模鋰離子電池儲(chǔ)能設(shè)備熱失控、排除由此引起的起火、爆炸風(fēng)險(xiǎn),將有效降低安全事故發(fā)生率,減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失;同時(shí)降低儲(chǔ)能電站的后期維護(hù)成本,增加儲(chǔ)能電站投入運(yùn)行的時(shí)間占比,提高儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)效益。
自2021年4月16日北京大紅門儲(chǔ)能電站起火爆炸震動(dòng)行業(yè)內(nèi)外以來,儲(chǔ)能安全受到業(yè)內(nèi)高度重視,但由于儲(chǔ)能市場倍增式增長,大量資本、企業(yè)跨界進(jìn)入,儲(chǔ)能產(chǎn)品品質(zhì)良莠不齊,儲(chǔ)能安全的風(fēng)險(xiǎn)在加大。
儲(chǔ)能安全是一個(gè)系統(tǒng)工程,從設(shè)備層面來看,電芯、逆變器、溫控、消防系統(tǒng)均關(guān)乎運(yùn)行安全;從儲(chǔ)能全生命周期來看,設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié),任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)給電站安全埋下隱患。
儲(chǔ)能安全既需要產(chǎn)業(yè)界創(chuàng)新技術(shù)、提高品質(zhì),從產(chǎn)品層面實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全,也需要監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)一步完善規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建覆蓋儲(chǔ)能全生命周期的監(jiān)管體系,不留盲點(diǎn)。
磷酸鐵鋰電池更安全
近年來全世界各地頻發(fā)儲(chǔ)能電站失火事件,據(jù)國際能源網(wǎng)(微信公眾號(hào):inencom)不完全統(tǒng)計(jì),從2018年至2022年期間,世界范圍內(nèi)儲(chǔ)能電站著火事件將近40起,這些事故有一些顯著的共同點(diǎn),大部分選用的是三元鋰電池技術(shù)。
三元鋰電池中含有鎳,鎳能增加三元鋰電池的能量密度,但同時(shí)也會(huì)降低電池內(nèi)部的穩(wěn)定性,增加安全風(fēng)險(xiǎn),鎳的占比越高,鈷、錳等的比例就越低,三元電池的不穩(wěn)定性就更高,出現(xiàn)事故的概率也會(huì)增大。
三元鋰電池?zé)崾Э販囟燃s200℃,高溫下電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)更為劇烈,反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生氧分子,加劇易燃?xì)怏w燃燒,甚至可能在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生爆燃。
磷酸鐵鋰電池的耐熱性要好的多,熱失控溫度可以達(dá)到800度以上,這就大大提高了安全性。另外,磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э睾?,不?huì)像三元鋰那樣釋放氧分子,這樣就降低了燃燒的烈度。
在儲(chǔ)能領(lǐng)域,安全是紅線。磷酸鐵鋰電池更安全,成本也更低,這也契合對對成本極為敏感的儲(chǔ)能。
磷酸鐵鋰電池正在日益成為儲(chǔ)能的主流。在國內(nèi),基本都是使用磷酸鐵鋰電池,從全球來看,儲(chǔ)能巨頭特斯拉、LG新能源也在轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池。
儲(chǔ)能需要系統(tǒng)安全觀
僅僅選擇磷酸鐵鋰電池還不夠,北京大紅門儲(chǔ)能電站采用的就是磷酸鐵鋰電池,分析那些起火的三元鋰電池儲(chǔ)能電站,也不全是三元鋰的問題。
儲(chǔ)能電芯的一致性是儲(chǔ)能很多問題的根源。電池模組中電芯如果一致性較差,使用同一電流進(jìn)行充放電時(shí),會(huì)造成某些電池的過充或過放,這會(huì)導(dǎo)致電芯的循環(huán)使用壽命降低,影響儲(chǔ)能電站的使用年限。
更嚴(yán)重的是,電池過充,可能引發(fā)電芯發(fā)熱、脹氣甚至起火爆炸。
儲(chǔ)能電芯的一致性要求極高。用動(dòng)力電池作為對比,特斯拉Model Y 滿電約80Kwh,現(xiàn)在的大型儲(chǔ)能電站可以達(dá)到1Gwh,安裝電芯超過150萬顆,儲(chǔ)能電芯的一致性要求可以達(dá)到動(dòng)力電池的一萬倍以上。
現(xiàn)在儲(chǔ)能市場快速增長,很多資本、企業(yè)跨界進(jìn)入,電芯產(chǎn)品良莠不齊,加上電芯的一致性問題,在交付初期還不明顯,這就給業(yè)主在安全和財(cái)務(wù)上埋下了隱患。
電芯是儲(chǔ)能電視事故的源頭,電芯安全對儲(chǔ)能安全至關(guān)重要,但儲(chǔ)能系統(tǒng)由電池芯、模塊、電池管理、電力轉(zhuǎn)換等子系統(tǒng)組成,任何部分出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致電站事故,儲(chǔ)能需要做到系統(tǒng)安全。
舉例來說,如果電芯過充溫度升高直至起火,責(zé)任不全在電芯。電池管理系統(tǒng)(BMS)功能有過充保護(hù)(OVP)、過放保護(hù)(UVP)、過溫保護(hù)(OTP)、過流保護(hù)(OCP)等,發(fā)生意外,電池管理系統(tǒng)會(huì)立刻切斷電源,如果最終起火,電池?zé)峤?,說明電池管理系統(tǒng)也失效了。
再比如,儲(chǔ)能電站還會(huì)配備消防滅火系統(tǒng),這是儲(chǔ)能電站的最后一道安全關(guān)口,如果最終起火,也說明消防滅火系統(tǒng)沒有正常工作。
儲(chǔ)能的電芯、逆變器、溫控、消防系統(tǒng)均關(guān)乎運(yùn)行安全,而在儲(chǔ)能全生命周期的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、運(yùn)維等環(huán)節(jié),也與儲(chǔ)能安全息息相關(guān)。
比如,儲(chǔ)能電站運(yùn)行維護(hù)過程中的不合理碰撞、不合理的過充過放,或者環(huán)境溫度的劇烈改變,都可能造成電池漏液等情況,引發(fā)起火事故。
確保儲(chǔ)能安全首先要樹立系統(tǒng)安全觀,不管在設(shè)備層面,還是在全生命周期管理上,都需要確保每個(gè)環(huán)節(jié)安全,不留隱患。
儲(chǔ)能呼喚“核電級(jí)”安全
以電池儲(chǔ)能為主的新型儲(chǔ)能是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備,也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐,確保儲(chǔ)能安全,才能保證新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和“雙碳”目標(biāo)的安全實(shí)現(xiàn)。
曾毓群呼吁,儲(chǔ)能電站需要從設(shè)計(jì)、選型、施工、運(yùn)維、報(bào)廢回收全流程向核電的安全理念學(xué)習(xí)。
曾毓群兩會(huì)提案中建議,參照核電級(jí)安全,建立以失效概率為依據(jù)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全分級(jí)評估體系,并將該體系納入到重大項(xiàng)目招標(biāo)條件,引導(dǎo)電池儲(chǔ)能邁向以“核電級(jí)安全”為標(biāo)桿的高質(zhì)量發(fā)展。
對產(chǎn)業(yè)界來說,需要加強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān),尤其是對儲(chǔ)能電站的安全預(yù)警、阻燃隔熱、消防滅火等技術(shù)的創(chuàng)新尤為重要,同時(shí)在儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)上,要強(qiáng)化熱管理系統(tǒng)的配置,避免儲(chǔ)能電站因?yàn)闊崾Э爻霈F(xiàn)問題。
行業(yè)組織需要進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)和管理的兼容,提升行業(yè)整體安全水平,同時(shí)引導(dǎo)企業(yè)和第三方機(jī)構(gòu)建設(shè)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)故障失火模擬試驗(yàn)平臺(tái)以及儲(chǔ)能電站實(shí)證測試平臺(tái),通過實(shí)證測試,弄清儲(chǔ)能電站起火的發(fā)生機(jī)理,為后續(xù)技術(shù)解決方案提供基礎(chǔ)。
對業(yè)主單位來說,需要建立鋰電池全生命周期的管理制度,確??梢詫?shí)時(shí)檢測、免拆解定位到問題電池,電池出現(xiàn)問題可提前預(yù)警。
政府機(jī)構(gòu)也要加強(qiáng)管理,完善規(guī)章制度,設(shè)立專門機(jī)構(gòu)對儲(chǔ)能電站的安全性進(jìn)行監(jiān)管,便于提前發(fā)現(xiàn)問題,防患于未然。
儲(chǔ)能市場正處于快速發(fā)展中,要想實(shí)現(xiàn)良性健康發(fā)展,安全性是第一要?jiǎng)?wù),預(yù)計(jì)到2060年,電力系統(tǒng)需要的儲(chǔ)能將在10億千瓦左右,如此巨大的規(guī)模,需要政府部門、行業(yè)組織和企業(yè)協(xié)同努力,比照核電安全理念,構(gòu)建“核電級(jí)”儲(chǔ)能安全體系。