电工时代吴英杰：电化学储能电站安全设计及安全运维-北极星储能网

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储能安全运维首先要做好状态评估，其次是建立健全安全制度，再是应制定火灾的应急预案。

——山东电工时代研发中心的高级工程师吴英杰

2023年10月31日至11月2日，SNEC第八届(2023)国际储能技术和装备及应用(上海)大会在上海举行。会上，山东电工时代研发中心的高级工程师吴英杰先生带来题为“电化学储能电站安全设计及安全运维”的分享。

作为能源转型重要的组成部分，储能行业的发展越来越受到人们的关注，它也是未来能源供给和应对气侯变化的一个重要手段，但储能系统在设计和运维过程中还存在安全隐患，比如短路、过充过放以及漏电等问题，严重威胁着人身和财产安全。因此，在储能系统的设计和运行过程中，安全是至关重要的。

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预制舱式的储能系统主要分为电池管理系统、变流器、能量管理系统。从安全的角度考虑，电池管理系统主要负责数据的采集，如电池温度、电压、压差、温差等，以充放电的均衡来使电芯在合理的电压温度范围之内运行。热管理系统就是对热量的管理，电池在充放电过程中会有一些热量的增加，通过空调等形式确保电芯在适宜温度和温差区间，防止电池出现热失控的现象。当电池发生不可避免的故障或燃爆时，消防系统的介入可极大降低事故的损失。

储能系统主要分为四个层级，即电芯、模组、电池簇和电池舱。电池通过单体的串并联组成模组，模组经过电气连接成为一个电池簇，通过多个电池簇的电气连接最终形成整个预制舱。以280Ah电芯为例，通过52串的模组、8个电池包、1个主控箱的形式最终组成一个20尺的集装箱，100MWh/200MWh储能电站大概需要60个20尺的集装箱，核算到电芯大概是22.4万支，可以看到数量非常庞大。储能舱高度的集成性也侧面增加了电池的安全风险，如果电芯发生故障，很容易就会导致周围电池的联合反应，这对电芯数量与各系统的配合提出了更高的挑战。

他指出，储能系统事故的原因大致分为以下几个方面。

一是电池本体的原因。如果电池单体存在制造瑕疵，使用过程中电解液存在毛刺或者颗粒，则容易导致内部发生短路。

二是随着电池充放电的使用，电位分布具有不均匀性。在电流密度较大时，负极表面易产生枝晶，枝晶累积最终刺破隔膜，加上隔膜本身的缺陷，包括电芯的过充等原因，最终将导致电池内部短路。

三是外部激励。外部短路会直接导致电池迅速升温，进而引发热失控，电池老化导致内阻的变化，内阻增加之后在同一个短路条件下更容易过热。外部短路时，电池保护装置有可能会造成损坏、产生火灾以及热冲击，从而引发大规模的火灾事故。触发热冲击的原因往往是由于一些连接件的老化、内阻的增加，继而产生电弧，热失控的电池会瞬时产生巨大的热量，电芯与电芯之间如果隔热做得不好，可能会引发相邻电池火烧连云的情况。储能系统往往是放置在户外，环境比较恶劣，当环境中的水分、粉尘、高低温会对电池内部绝缘造成一定影响，当电池处于低温，电池有会产生枝晶生长，最终导致事故的发生。

在电池设计方面，磷酸铁锂电芯较三元锂等其他锂离子电池具有更高的稳定性、安全性，现阶段更适合于储能电站的建设。在选用时应该要注意以下几个方面：

一是选择符合国家标准的经过第三方可靠认证的电芯模组以及电池簇，对电芯有一定的保障。

二是温控设计方法要做好均衡散热，降低电池之间的温差，保证电池的一致性，避免不均匀的问题。在焊接过程当中做好像容身、容宽以及拉伸力的工艺控制，避免虚焊、扭矩不独等原因带来的不一致性的问题。在绝缘设计方面做好绝缘间距，包括绝缘选型。

三是在结构设计方面，要考虑电芯的充放电过程中因为热胀冷缩会导致膨胀系数不同，避免过度的挤压造成电芯的失效。

四是做好电芯与电芯之间的隔热，避免某一个电芯出现短路，它的温度传导导致相邻的电芯温度的升高，继而引发更大的热失控的事故。

五是气密性设计。降低环境中的粉尘、水分，降低绝缘老化的影响，降低电气性能。

六是保持流量一致性与制冷量设计，目前主流的储能系统流量的一致性包括制冷量的配置，就是为了保证每一个电芯的热量一致性以提高电池模组的可靠性。

据他介绍，电工时代主要采用的是三种消防方案。第一种吸气式火灾探测器，通过吸气形式探测空气中的微粒子。第二种PACK级消防，每个PACK设置单独的四合一探测器喷嘴，可对Pack的情况进行监控，针对失火的位置进行持续降温和灭火。第三种24小时防复燃水消防，采用压缩空气泡沫系统，在一定压力下充分混合产生的均质泡沫，迅速隔绝氧气扑灭明火，进行持续降温，防止复燃。

最后，他对储能安全运维方面提出三方面建议，首先要做好状态评估，建议业主定期导出并整理电池运行数据，反馈给集成厂家进行电池状态的评估。其次建立健全安全制度，电站运维过程当中建立这些制度可避免出现浅充浅放、过充过放等一系列不健康的方式。再是应制定火灾的应急预案，并进行常规化的消防应急演练。

（北极星储能网根据现场速记整理，未经嘉宾审核）

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