“三道防線”保障儲能行業(yè)行穩(wěn)致遠

2024-09-23 11:36:13來源：科技日報

近年來，在“雙碳”目標引領下，我國儲能產業(yè)步入發(fā)展快車道，在建及投運的儲能裝機規(guī)模保持高速增長態(tài)勢。根據CNESA DataLink全球儲能數據庫的不完全統計，截至2024年6月底，我國新型儲能累計裝機首次超過百吉瓦時。

儲能產業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，儲能安全問題日益成為人們關注的焦點。近日，在第四屆國際儲能安全研討會上，專家學者圍繞儲能安全話題進行交流，共同探討保障儲能安全的創(chuàng)新路徑。

事關能源系統穩(wěn)定運行

新型電力系統是新型能源體系的重要組成和實現“雙碳”目標的關鍵載體。國家能源局組織有關單位編制的《新型電力系統發(fā)展藍皮書》提到，新型電力系統以高比例新能源供給消納體系建設為主線任務，以源網荷儲多向協同、靈活互動為堅強支撐。

儲能技術是構建新型電力系統的重要一環(huán)。研討會上，中國科學技術大學教授孫金華介紹，太陽能、風能等新能源最大的特性是間歇性、隨機性、波動性。這些特性增加了電力系統調節(jié)難度，制約新能源高效利用。儲能技術則通過發(fā)揮調節(jié)作用，提升新能源可調可控能力，滿足系統電力供應保障和大規(guī)模新能源消納需求。這有利于提升電力系統安全穩(wěn)定運行水平，推動新能源成為發(fā)電量增量主體。

我國高度重視儲能技術發(fā)展。今年7月，國家發(fā)展改革委等部門聯合印發(fā)的《加快構建新型電力系統行動方案(2024—2027年)》提出，圍繞不同應用場景對爬坡速率、容量、長時間尺度調節(jié)及經濟性、安全性的需求，探索建設一批液流電池、飛輪、壓縮空氣儲能、重力儲能、二氧化碳儲能、液態(tài)空氣儲能、鈉離子電池、鉛炭電池等多種技術路線的儲能電站。

“作為推動能源轉型、實現綠色低碳目標的重要技術，儲能的安全性與可靠性直接關系到能源系統的穩(wěn)定運行和可持續(xù)發(fā)展。”中國能源研究會副理事長兼秘書長孫正運說，儲能設施的安全穩(wěn)定運行，不僅關系能源系統整體安全，更直接影響人民群眾生命財產安全。

敲響電站安全管理警鐘

從技術角度看，我國電力儲能項目大多采用磷酸鐵鋰電池。孫金華認為，正常情況下，儲能電池的安全有保障，單體電池的失效概率已經非常低，熱失控風險也較低。

但是，這并不代表絕對安全。孫金華解釋，以鋰離子電池為例，它由正極材料、負極材料、電解液、電解質及隔膜等組成。電解液和隔膜材料都是有機可燃劑，它們不僅可能與空氣中的氧氣發(fā)生接觸，而且在高溫條件下，電池內部的金屬氧化物會發(fā)生分解，進一步釋放出氧氣。此外，電池材料的分解以及材料間的相互作用會產生熱量。因此，對鋰離子電池存在的安全隱患要提高警惕。

“大型儲能電站由幾萬或十幾萬個儲能電池通過串并聯方式組成。電池組成系統后，電池自身熱失控累積概率會增加。”孫金華說，此外，儲能電站還存在電氣故障等隱患。這些因素導致儲能電站發(fā)生火災的風險上升。

與會專家學者普遍認為，隨著儲能產業(yè)規(guī)模化發(fā)展步伐加快，儲能的安全建設和運行壓力日益加大。一方面，儲能系統復雜性增加，對安全管理提出新要求;另一方面，隨著儲能規(guī)模的擴大和應用場景的拓展，新安全風險也相應增長。近年來，世界多地發(fā)生的電化學儲能電站火災事故給儲能行業(yè)敲響警鐘。

孫金華介紹，據公開報道，從2022年1月到2023年9月，全球7000余座儲能電站發(fā)生火災46起。從2017年8月到2019年5月，韓國1000余座電化學儲能電站發(fā)生火災23起;從2023年1月到9月，美國共發(fā)生6起儲能電站火災。“安全已成為制約電化學儲能行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。”孫金華說。

加強預警監(jiān)測技術研發(fā)

安全有序是儲能產業(yè)行穩(wěn)致遠的基石。近年來，我國不斷加強儲能電站安全監(jiān)督管理。國家能源局發(fā)布《關于加強發(fā)電側電網側電化學儲能電站安全運行風險監(jiān)測的通知》等文件，對新型儲能規(guī)劃設計、施工驗收等全過程提出安全管理要求。國家市場監(jiān)督管理總局批準發(fā)布《電化學儲能電站安全規(guī)程》等儲能安全相關國家標準。

在孫金華看來，保障儲能電站安全，要筑牢“三道防線”。

本體安全是第一道防線。“應從電池材料、全電池體系設計及工藝等方面提升電池安全性，降低事故發(fā)生概率。”孫金華說。

過程安全是第二道防線。“電池組成系統后，要進行故障隱患的極早期預測、預警和處置，將事故扼殺在萌芽狀態(tài)。”孫金華說，目前學界已有相關技術創(chuàng)新成果，如光纖原位檢測技術等。

消防安全是第三道防線。“如果第一道和第二道防線都被突破了，就務必要確保在著火瞬間能監(jiān)測到火情并報警，與消防部門聯動，及時撲滅火災，做到‘小火不成大災’。”孫金華說。

他還提醒，電化學儲能電池引發(fā)的火災和建筑火災、工業(yè)火災特性完全不同，用于建筑火災的探測報警及滅火技術未必適用于儲能系統，必須要發(fā)展基于儲能系統火災特性的安全防控技術，如多參數融合的熱失控預警和火災報警技術、高效滅火抗復燃技術等。

記者在研討會上了解到，近年來，多個機構在儲能電站消防安全技術研究方面已取得成效。例如，應急管理部天津消防研究所組建了獨具特色的鋰電池火災調查團隊、鋰電池火災抑制研究團隊、儲能火災安全分級與評價研究團隊、儲能滅火裝置有效性研究團隊等。

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