中國儲能網(wǎng)訊：作者丨陳滿 南方電網(wǎng)儲能股份有限公司儲能科研院院長
新型電力系統(tǒng)對儲能的迫切需求
實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是“主戰(zhàn)場”，電力是“主力軍”，推進建設(shè)新型電力系統(tǒng)是電網(wǎng)發(fā)展的必然選擇?！赌戏诫娋W(wǎng)公司建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動方案（2021-2030年）白皮書》提出，2030年前，基本建成新型電力系統(tǒng)；2060年前，新型電力系統(tǒng)全面建成。新型電力系統(tǒng)的顯著特征是風光新能源在電源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導地位，預計2030年新能源發(fā)電量將占比25%，2060年占比60%，風光新能源的波動性、間歇性、隨機性和反調(diào)峰特性將導致電力系統(tǒng)面臨著可靠供電和安全穩(wěn)定運行的新挑戰(zhàn)。
為了滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要，緩解大量新能源接入對電網(wǎng)的影響，國家能源局2021年發(fā)布的《抽水蓄《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》提出，到2030年，風光發(fā)電總裝機規(guī)模將大12億千瓦以上，需要建成抽水蓄能1.2億千瓦左右，但同時也指出，我國建設(shè)條件好、制約因素少的資源啊儲備不足。因此，快速發(fā)展的新型儲能也得到了國家能源局的高度重視，國務(wù)院2021年印發(fā)的《2030年前碳達峰行動方案》提出，到2025年新型儲能裝機容量達到3000萬千瓦以上。與此同時，南方電網(wǎng)規(guī)劃將于2030年前建成新型儲能4000萬千瓦。新型儲能迎來了加快發(fā)展的機遇。
快速發(fā)展的新型儲能安全形勢
新型儲能是指除抽水蓄能以外的其他新型的電化學儲能、物理儲能和電磁儲能技術(shù)。截至2021年底，中國新型儲能裝機2.4GW，占儲能裝機總?cè)萘康?2.5%，其中鋰離子儲能占新型儲能的89.7%，是當前發(fā)展最快速、應(yīng)用最廣泛、相對成熟的新型儲能技術(shù)路線。然而，鋰離子電池儲能電站火災爆炸安全事故時有發(fā)生，已成為制約電池儲能規(guī)?；l(fā)展的主要障礙。據(jù)不完全統(tǒng)計，從2011年至2021年，全球儲能安全事故共發(fā)生50余起，其中事故起數(shù)排名前4位的是：韓國30余起、美國10余起、中國4起、澳大利亞3起。鋰離子電池儲能安全問題是世界性難題，也成為建設(shè)新型電力系統(tǒng)安全難題。
通過對這50余起儲能事故分析發(fā)現(xiàn)，造成事故的主要因素有以下幾點：鋰離子電池熱失控。儲能電池單體因質(zhì)量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致鋰離子電池內(nèi)短路，引發(fā)電池熱失控起火，在熱濫用的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發(fā)生爆炸。
儲能系統(tǒng)電路故障。儲能系統(tǒng)內(nèi)載流母排、導線、電路板、信號線因質(zhì)量缺陷、構(gòu)件間相互影響、外部導電液體進入等因素導致電氣絕緣失效、短路等故障，引發(fā)局部高溫，引燃周圍可燃物或者引發(fā)電池熱失控導致起火。
系統(tǒng)運行監(jiān)測、控制及防護不足。儲能系統(tǒng)熱管理設(shè)計及冷卻管理策略不當，并對系統(tǒng)溫度、電流、電壓、絕緣等監(jiān)測分析不足，出現(xiàn)異常時未能及時預/報警，并采取合適的防護措施，滅火防爆技術(shù)未能有效發(fā)揮作用，導致事故發(fā)生擴大。
運維管理不足。缺乏根據(jù)儲能系統(tǒng)運行特性、策略、規(guī)律等制定的運維規(guī)程，未制定合理的檢修策略，未能及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患，最終導致事故發(fā)生。
提升新型儲能安全的技術(shù)措施
針對新型儲能安全發(fā)展中存在的問題，建議從儲能本質(zhì)安全、消防安全、儲能安全評價及儲能安全監(jiān)測管理等幾個維度實施改進：
（一）推進本質(zhì)安全儲能技術(shù)研究
由于廣泛應(yīng)用的鋰電池采用可燃有機物作為電解液，存在燃燒、爆炸等安全風險，亟需發(fā)展本質(zhì)安全的儲能技術(shù)。加大電池新材料體系研究，布局長壽命、高安全、低成本的儲能本體技術(shù)研究；加大鐵鉻液流電池、鈉離子電池、固態(tài)鋰電池等本質(zhì)安全的儲能本體技術(shù)研究，進一步提升技術(shù)經(jīng)濟性；開展兆瓦級至百兆瓦級本質(zhì)安全的先進儲能系統(tǒng)集成技術(shù)研究，加速規(guī)?；痉厄炞C與推廣應(yīng)用。
（二）突破鋰離子儲能安全技術(shù)難題
針對電化學儲能系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用面臨的安全問題，開展鋰離子電池儲能系統(tǒng)全壽命周期應(yīng)用安全技術(shù)研究。揭示不同裝置層級電池熱失控觸發(fā)機理及動態(tài)擴散演變機制，發(fā)展熱失控阻隔技術(shù)和致災危害綜合評價技術(shù)；深入研究電池傳感技術(shù)，發(fā)展電池狀態(tài)檢測技術(shù)，實現(xiàn)多維感知融合的全壽命周期電池儲能狀態(tài)監(jiān)測預警；加大消防安全技術(shù)研發(fā)力度，開發(fā)滅火抑爆、應(yīng)急處置與救援等消防安全裝備；加快推進電池儲能系統(tǒng)集成技術(shù)研究及示范，形成主被動安全技術(shù)協(xié)同的電池儲能系統(tǒng)集成方案。
（三）加強安全儲能標準體系建設(shè)
建立健全儲能電站從設(shè)計、建設(shè)到運維的全過程安全標準體系，以及儲能裝備安全評價與認證實施規(guī)則。圍繞儲能電站的布置、火災探測、滅火、防排煙與應(yīng)急救援等需求，完善儲能電站安全設(shè)計標準；完善電池儲能系統(tǒng)施工、調(diào)試及試驗等安全規(guī)范與操作要求，保障人員人身安全；加大儲能安全評價、應(yīng)急管理與消防救援標準、消防監(jiān)督管理標準、儲能電站用滅火系統(tǒng)試驗方法等標準研究，為電站消防安全提供指導。
（四）加強儲能安全技術(shù)監(jiān)督和管理
加強電化學儲能電站安全技術(shù)監(jiān)督和管理工作，遏制電化學儲能電站安全事故發(fā)生。建立云邊協(xié)同的儲能電站安全技術(shù)監(jiān)督平臺，利用信息化手段實現(xiàn)儲能電站安全狀態(tài)實時監(jiān)測、事故極早期預警；加強儲能電站設(shè)計、施工、運維及試驗等相關(guān)從業(yè)人員安全技能培訓，確保熟悉電站電池熱失控、火災特性，掌握消防設(shè)施及器材操作規(guī)程和應(yīng)急處置流程；加強儲能電站消防安全應(yīng)急演練與聯(lián)動，定期組織開展電解液泄漏處置、電池熱失控、火災等應(yīng)急演練，建立與政府有關(guān)部門建立消防救援聯(lián)動機制。
安全是新型電力系統(tǒng)的建設(shè)的基石。隨著安全技術(shù)研發(fā)及安全管理力度的加強，新型儲能技術(shù)安全問題終將被突破，新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定基礎(chǔ)將得到進一步夯實，有力促進“雙碳”目標實現(xiàn)。
