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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)
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