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電化學(xué)儲(chǔ)能安全建議:補(bǔ)齊安全標(biāo)準(zhǔn),拒絕低價(jià)中標(biāo)
日期:2021-10-13   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:yutianyang_tsj 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
儲(chǔ)能電站建設(shè)運(yùn)營(yíng)不規(guī)范、安全管理機(jī)制不健全、安全預(yù)警和處理能力較弱,以及鋰電池的火災(zāi)處置難等問(wèn)題,已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了行業(yè)發(fā)展。如何解決這些問(wèn)題關(guān)系到未來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)和能源體系綠色安全的發(fā)展。

一、電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)安全問(wèn)題凸顯

電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。電化學(xué)儲(chǔ)能是主流且技術(shù)相對(duì)成熟的新型儲(chǔ)能(除抽水蓄能外的新型電儲(chǔ)能技術(shù))技術(shù)。2020年全球電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的裝機(jī)規(guī)模逆勢(shì)上漲,刷新了單年新增規(guī)模紀(jì)錄,達(dá)到4.7GW,是2019年的1.6倍;中國(guó)新增投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能達(dá)1559.6MW,首次突破吉瓦大關(guān),是2019年同期的2.4倍,目前中國(guó)已成為全球最大的電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)。據(jù)CNESA預(yù)測(cè),在保守場(chǎng)景下,2021年中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到5790.8MW;在理想場(chǎng)景下可達(dá)到6614.8MW。“十四五”期間是儲(chǔ)能探索和實(shí)現(xiàn)“剛需”應(yīng)用、系統(tǒng)產(chǎn)品化和獲取穩(wěn)定商業(yè)利益的重要時(shí)期,電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能正處于從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期。近年來(lái),儲(chǔ)能已在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,同時(shí)它也是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備,對(duì)推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型、應(yīng)對(duì)極端事件、保障能源安全、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和具有重要意義。為推動(dòng)新型儲(chǔ)能快速發(fā)展,4月21日,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局下發(fā)的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》提出,到2025年,實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機(jī)規(guī)模達(dá)到30GW以上;到2030年,實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展,成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。在此期間,電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)將加速向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展,行業(yè)格局有望重塑。

數(shù)十起安全事故為電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展蒙上陰影。據(jù)統(tǒng)計(jì),近十年來(lái),全球共發(fā)生了32起電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故,其中30起發(fā)生于最近五年,電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故呈高發(fā)態(tài)勢(shì)。由于安全事故原因復(fù)雜,很多詳情未能公開(kāi)披露,但有限的公開(kāi)資料表明,從事故類型看,三元鋰離子電池安全事故率最高,采用三元鋰離子電池發(fā)生事故25起;磷酸鐵鋰目前已知的兩起事故都發(fā)生在中國(guó)。從發(fā)生地域看,韓國(guó)儲(chǔ)能電站起火爆炸事故占24起,這與韓國(guó)各大電池企業(yè)以三元鋰電池為主流產(chǎn)品有關(guān);從事故發(fā)生環(huán)節(jié)看,儲(chǔ)能電站起火爆炸大多發(fā)生在充電中或充電后休止中,占21起。

二、電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故原因分析


目前已披露的事故報(bào)告主要有:美國(guó)亞利桑那州公用事業(yè)服務(wù)公司(APS) McMicken Battery Energy Storage System Event Technical Analysis and Recommendations(McMicken電池儲(chǔ)能系統(tǒng)事件技術(shù)分析與建議)、韓國(guó)2017年8月后發(fā)生的23起ESS火災(zāi)事故分析報(bào)告,以及北京集美大紅門25MWh直流光儲(chǔ)充一體化電站項(xiàng)目事故分析。據(jù)分析,引發(fā)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故的原因主要涉及電池自身、安全標(biāo)準(zhǔn)、安全管理等五個(gè)方面,這些問(wèn)題在中國(guó)較為普遍,且目前仍未得到很好解決。

電池產(chǎn)品本身存在安全風(fēng)險(xiǎn)。受技術(shù)水平限制,發(fā)生事故的電化學(xué)電池構(gòu)造和材料無(wú)法阻止電池發(fā)生熱失控及其在電池模組內(nèi)的傳播,且電池會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而老化,導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)、產(chǎn)熱增加等火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)升高,安全性退化。電池能量密度隨著技術(shù)進(jìn)步逐步提高,相同體積的電池產(chǎn)品設(shè)備將聚集更多能量,儲(chǔ)能系統(tǒng)部署規(guī)模越大,安全風(fēng)險(xiǎn)就愈發(fā)集中;新技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷涌現(xiàn),項(xiàng)目建設(shè)前對(duì)采用新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能電池安全性驗(yàn)證時(shí)間難以保證,可能導(dǎo)致有瑕疵的電池并入系統(tǒng)。

電池儲(chǔ)能電站建設(shè)安全相關(guān)要求有待規(guī)范。儲(chǔ)能電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化是科學(xué)安全處置的前提,2015年開(kāi)始實(shí)施的《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中,關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)部分的電池性能指標(biāo)模糊、應(yīng)急處置和救援措施要求偏低,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)要求不明確,易導(dǎo)致監(jiān)管疏漏出現(xiàn),存在低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、系統(tǒng)容量虛標(biāo)虛報(bào),以及已有標(biāo)準(zhǔn)得不到遵循的情況。2020年初發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化工作的實(shí)施方案》缺少對(duì)安全標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,儲(chǔ)能電站的重要性未能得到應(yīng)有的重視。此外,梯次利用動(dòng)力電池的安全使用標(biāo)準(zhǔn)缺失,相關(guān)儲(chǔ)能電站質(zhì)量難以保證;部分儲(chǔ)能系統(tǒng)服役時(shí)間增加,充放次數(shù)逐漸接近設(shè)計(jì)極限,其安全風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增大。

安全管理體系不健全,各方責(zé)任落實(shí)不到位。儲(chǔ)能系統(tǒng)安全是一個(gè)多因素交織的復(fù)雜問(wèn)題,項(xiàng)目承包部門、實(shí)際建設(shè)部門、項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)者、項(xiàng)目所有者、行業(yè)主管部門各方的安全管理應(yīng)形成閉環(huán),且均按照制度規(guī)范管理才能最大限度地避免事故的發(fā)生。從已披露的信息看,國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電站建設(shè)運(yùn)營(yíng)方安全意識(shí)普遍淡薄,安全管理制度缺失,安全管理體系不健全,各方職責(zé)不明或履行不到位,已成為電站安全管理的主要風(fēng)險(xiǎn)。

安全管理系統(tǒng)預(yù)警及處理能力不強(qiáng)。從已披露的儲(chǔ)能電站事故報(bào)告看,電池管理系統(tǒng)(BMS)大多因早期未監(jiān)測(cè)到電池內(nèi)部故障發(fā)出預(yù)警或作出處理,從而引發(fā)熱失控;或者是電站缺少氣體監(jiān)測(cè)裝置和通訊系統(tǒng),未能對(duì)易燃易爆氣體集聚做出通風(fēng)處理,未能及時(shí)讓消防救援人員了解到內(nèi)部環(huán)境的危險(xiǎn)性。此外,還有一個(gè)重要因素就是,BMS、PMS(電源管理系統(tǒng))、EMS(能量管理系統(tǒng))之間的信息不能共享,數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)揮其最大價(jià)值,BMS與PCS(功率變換系統(tǒng))控制器的信息交互程度較弱,協(xié)同控制能力不足。

消防手段存在局限性,無(wú)法有效阻止事態(tài)擴(kuò)大。在消防方面,《規(guī)范》只是對(duì)電氣安全、消防配置等一般性內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定,缺少針對(duì)性強(qiáng)的消防設(shè)計(jì)要求,消防安全裝備仍以傳統(tǒng)的消防煙霧報(bào)警器、溫度報(bào)警器為主,均屬事后報(bào)警,無(wú)法對(duì)電池前期故障進(jìn)行消防安全處理。與其他類型火災(zāi)場(chǎng)景相比,電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故發(fā)生頻率偏低,消防部門和消防人員的應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)不足,技術(shù)、裝備較為欠缺,現(xiàn)有消防滅火措施只能處理鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期的火勢(shì),難以有效抑制電池?zé)崾Э睾涂刂瞥跗诨馂?zāi)蔓延, 同時(shí)產(chǎn)生的有毒可燃?xì)怏w也給火災(zāi)撲救帶來(lái)挑戰(zhàn), 還可能進(jìn)一步引發(fā)爆炸事故。比如,北京豐臺(tái)“4.16”事故,就是在對(duì)儲(chǔ)能電站南區(qū)進(jìn)行處置過(guò)程中,電站北區(qū)在毫無(wú)征兆的情況下突發(fā)爆炸而導(dǎo)致人員傷亡。

三、幾點(diǎn)建議

加強(qiáng)電池技術(shù)研究和安全性強(qiáng)制要求。一是鼓勵(lì)持續(xù)改進(jìn)儲(chǔ)能電芯安全控制技術(shù)/安全結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)安全性方面的突破,降低電池出現(xiàn)連鎖熱失控風(fēng)險(xiǎn)。二是借鑒《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》,適時(shí)出臺(tái)更加嚴(yán)格的儲(chǔ)能電池強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并建立監(jiān)督管理機(jī)制,確保強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)得到切實(shí)實(shí)施。

完善安全標(biāo)準(zhǔn)體系,引導(dǎo)規(guī)范化發(fā)展。一是嚴(yán)格準(zhǔn)入,提升儲(chǔ)能項(xiàng)目的安全相關(guān)門檻。就建設(shè)而言,對(duì)于儲(chǔ)能電站項(xiàng)目的建設(shè)承擔(dān)單位,可強(qiáng)化其項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、系統(tǒng)集成能力和已有項(xiàng)目運(yùn)維效果等方面的要求;以儲(chǔ)能電池型式試驗(yàn)報(bào)告等認(rèn)定的容量額定值代替普遍存在的依據(jù)自行設(shè)定的儲(chǔ)能電池容量標(biāo)稱值核算儲(chǔ)能系統(tǒng)容量,拒絕低價(jià)中標(biāo),倡導(dǎo)質(zhì)優(yōu)安全,促進(jìn)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)由成本導(dǎo)向向質(zhì)量導(dǎo)向轉(zhuǎn)變。就運(yùn)營(yíng)而言,電站應(yīng)加強(qiáng)工作人員識(shí)別危險(xiǎn)和排除隱患的能力,確保其能正確維護(hù)和保養(yǎng)儲(chǔ)能電站設(shè)置的安全設(shè)施和設(shè)備。二是完善原有標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)安全的內(nèi)容,加快補(bǔ)充缺失的安全性標(biāo)準(zhǔn)。比如,將《規(guī)范》第13.0.5條有關(guān)爆炸危險(xiǎn)的條款設(shè)置為強(qiáng)制性條款,增加電站選址對(duì)人員密集場(chǎng)所和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的限制條件或規(guī)定不同的安全防范措施,要求與周圍建筑留有一定的安全距離,增加防火、滅火、冷卻、抑爆設(shè)計(jì)要求等。

完善電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全管理體系。一是明確新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)安全責(zé)任主體及安全管理職責(zé)劃分,尤其要重視事故報(bào)告制度建設(shè),事故發(fā)生后應(yīng)由官方及時(shí)公開(kāi),且明確對(duì)相關(guān)責(zé)任主體的處理意見(jiàn),即明確項(xiàng)目相關(guān)各方的責(zé)任,以保障項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各項(xiàng)安全職責(zé)的切實(shí)履行,為之后的建設(shè)項(xiàng)目提供有效的風(fēng)險(xiǎn)管控指導(dǎo),避免類似事故發(fā)生。二是完善基于儲(chǔ)能項(xiàng)目技術(shù)升級(jí)和安全性的檢測(cè)認(rèn)證和監(jiān)督體系,對(duì)核心部件和充放次數(shù)接近上限的、梯次利用的儲(chǔ)能系統(tǒng)等進(jìn)行嚴(yán)格管理,確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行,電站工作人員操作安全規(guī)程、維護(hù)檢修制度等也應(yīng)納入其中。三是按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站進(jìn)行分類分級(jí)管控,對(duì)危險(xiǎn)等級(jí)高的儲(chǔ)能電站進(jìn)行仿真建模、可行性論證、設(shè)備制造、建設(shè)安裝、測(cè)試運(yùn)行等,建立全周期安全監(jiān)管制度和規(guī)范。比如,依據(jù)中國(guó)建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范GB50140,電化學(xué)儲(chǔ)能電站的電池室與危險(xiǎn)化學(xué)品庫(kù)房同屬嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí),可借鑒相關(guān)危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理制度,制定電池室的安全管理制度、應(yīng)急方案、事故報(bào)告制度等。

提升安全預(yù)防管理的智能化水平。一是搭建儲(chǔ)能電站大數(shù)據(jù)平臺(tái),將實(shí)時(shí)參數(shù)上傳至統(tǒng)一管理平臺(tái)作為儲(chǔ)能電站大數(shù)據(jù)分析和事故預(yù)測(cè)的依據(jù),研判風(fēng)險(xiǎn),提前準(zhǔn)備,確保及時(shí)響應(yīng)。二是建設(shè)智能化程度高、集成水平好的安全管理系統(tǒng),重點(diǎn)是加強(qiáng)組件和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、電池系統(tǒng)和周邊環(huán)境的調(diào)節(jié)措施,以及與消防部門的聯(lián)動(dòng),比如電池溫度監(jiān)控、易燃?xì)怏w檢測(cè)、自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)、各部門聯(lián)動(dòng)通訊系統(tǒng)等,確保能夠在風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到一定閾值時(shí)能夠自動(dòng)斷電或作出相應(yīng)處理,以避免事故發(fā)生或擴(kuò)大,為各部門提供信息依據(jù),便于其做出應(yīng)對(duì)措施。

強(qiáng)化針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的消防能力建設(shè)。一是進(jìn)一步深化儲(chǔ)能電站系統(tǒng)安全研究、儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)演化機(jī)制及防控技術(shù)研究, 針對(duì)火災(zāi)防控、早期預(yù)警、事故處置等方面的重點(diǎn)攻關(guān),多部門聯(lián)合研究制定電化學(xué)儲(chǔ)能電站專門的消防安全產(chǎn)品和應(yīng)對(duì)方案。比如,加強(qiáng)消防系統(tǒng)和BMS等系統(tǒng)的信息交互,提高系統(tǒng)整體消防安全等級(jí);認(rèn)真總結(jié)事故教訓(xùn),舉一反三,提高消防部門對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站爆炸風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)能力,開(kāi)展儲(chǔ)能電站消防技能培訓(xùn)和演練。二是支持研發(fā)和應(yīng)用專用特種消防材料和設(shè)備應(yīng)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故,做好防爆準(zhǔn)備,進(jìn)一步研究科學(xué)處置流程,避免和減少人員傷亡。

原標(biāo)題:電化學(xué)儲(chǔ)能安全建議:補(bǔ)齊安全標(biāo)準(zhǔn),拒絕低價(jià)中標(biāo)
 
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