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作者丨陳滿 南方電網(wǎng)儲(chǔ)能股份有限公司儲(chǔ)能科研院院長

新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的迫切需求

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是“主戰(zhàn)場”，電力是“主力軍”，推進(jìn)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(dòng)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(fēng)光新能源在電源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，預(yù)計(jì)2030年新能源發(fā)電量將占比25%，2060年占比60%，風(fēng)光新能源的波動(dòng)性、間歇性、隨機(jī)性和反調(diào)峰特性將導(dǎo)致電力系統(tǒng)面臨著可靠供電和安全穩(wěn)定運(yùn)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(duì)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(fēng)光發(fā)電總裝機(jī)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(shí)也指出，我國建設(shè)條件好、制約因素少的資源啊儲(chǔ)備不足。因此，快速發(fā)展的新型儲(chǔ)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(dá)峰行動(dòng)方案》提出，到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到3000萬千瓦以上。與此同時(shí)，南方電網(wǎng)規(guī)劃將于2030年前建成新型儲(chǔ)能4000萬千瓦。新型儲(chǔ)能迎來了加快發(fā)展的機(jī)遇。

快速發(fā)展的新型儲(chǔ)能安全形勢

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的其他新型的電化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能技術(shù)。截至2021年底，中國新型儲(chǔ)能裝機(jī)2.4GW，占儲(chǔ)能裝機(jī)總?cè)萘康?2.5%，其中鋰離子儲(chǔ)能占新型儲(chǔ)能的89.7%，是當(dāng)前發(fā)展最快速、應(yīng)用最廣泛、相對(duì)成熟的新型儲(chǔ)能技術(shù)路線。然而，鋰離子電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)爆炸安全事故時(shí)有發(fā)生，已成為制約電池儲(chǔ)能規(guī)?；l(fā)展的主要障礙。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2011年至2021年，全球儲(chǔ)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(chǔ)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(duì)這50余起儲(chǔ)能事故分析發(fā)現(xiàn)，造成事故的主要因素有以下幾點(diǎn)：鋰離子電池?zé)崾Э?。?chǔ)能電池單體因質(zhì)量缺陷、機(jī)械損傷、受熱或外部短路等導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)短路，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?，在熱濫用的作用下，整個(gè)電池模組和電池簇被點(diǎn)燃甚至發(fā)生爆炸。

儲(chǔ)能系統(tǒng)電路故障。儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)載流母排、導(dǎo)線、電路板、信號(hào)線因質(zhì)量缺陷、構(gòu)件間相互影響、外部導(dǎo)電液體進(jìn)入等因素導(dǎo)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?zé)崾Э貙?dǎo)致起火。

系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測、控制及防護(hù)不足。儲(chǔ)能系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)及冷卻管理策略不當(dāng)，并對(duì)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(shí)未能及時(shí)預(yù)/報(bào)警，并采取合適的防護(hù)措施，滅火防爆技術(shù)未能有效發(fā)揮作用，導(dǎo)致事故發(fā)生擴(kuò)大。

運(yùn)維管理不足。缺乏根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行特性、策略、規(guī)律等制定的運(yùn)維規(guī)程，未制定合理的檢修策略，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。

提升新型儲(chǔ)能安全的技術(shù)措施

針對(duì)新型儲(chǔ)能安全發(fā)展中存在的問題，建議從儲(chǔ)能本質(zhì)安全、消防安全、儲(chǔ)能安全評(píng)價(jià)及儲(chǔ)能安全監(jiān)測管理等幾個(gè)維度實(shí)施改進(jìn)：

（一）推進(jìn)本質(zhì)安全儲(chǔ)能技術(shù)研究

由于廣泛應(yīng)用的鋰電池采用可燃有機(jī)物作為電解液，存在燃燒、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，亟需發(fā)展本質(zhì)安全的儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能本體技術(shù)研究，進(jìn)一步提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；開展兆瓦級(jí)至百兆瓦級(jí)本質(zhì)安全的先進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)研究，加速規(guī)?；痉厄?yàn)證與推廣應(yīng)用。

（二）突破鋰離子儲(chǔ)能安全技術(shù)難題

針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用面臨的安全問題，開展鋰離子電池儲(chǔ)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(jí)電池?zé)崾Э赜|發(fā)機(jī)理及動(dòng)態(tài)擴(kuò)散演變機(jī)制，發(fā)展熱失控阻隔技術(shù)和致災(zāi)危害綜合評(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)多維感知融合的全壽命周期電池儲(chǔ)能狀態(tài)監(jiān)測預(yù)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(jìn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)研究及示范，形成主被動(dòng)安全技術(shù)協(xié)同的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成方案。

（三）加強(qiáng)安全儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

建立健全儲(chǔ)能電站從設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)維的全過程安全標(biāo)準(zhǔn)體系，以及儲(chǔ)能裝備安全評(píng)價(jià)與認(rèn)證實(shí)施規(guī)則。圍繞儲(chǔ)能電站的布置、火災(zāi)探測、滅火、防排煙與應(yīng)急救援等需求，完善儲(chǔ)能電站安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；完善電池儲(chǔ)能系統(tǒng)施工、調(diào)試及試驗(yàn)等安全規(guī)范與操作要求，保障人員人身安全；加大儲(chǔ)能安全評(píng)價(jià)、應(yīng)急管理與消防救援標(biāo)準(zhǔn)、消防監(jiān)督管理標(biāo)準(zhǔn)、儲(chǔ)能電站用滅火系統(tǒng)試驗(yàn)方法等標(biāo)準(zhǔn)研究，為電站消防安全提供指導(dǎo)。

（四）加強(qiáng)儲(chǔ)能安全技術(shù)監(jiān)督和管理

加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全技術(shù)監(jiān)督和管理工作，遏制電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故發(fā)生。建立云邊協(xié)同的儲(chǔ)能電站安全技術(shù)監(jiān)督平臺(tái)，利用信息化手段實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站安全狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、事故極早期預(yù)警；加強(qiáng)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維及試驗(yàn)等相關(guān)從業(yè)人員安全技能培訓(xùn)，確保熟悉電站電池?zé)崾Э亍⒒馂?zāi)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(qiáng)儲(chǔ)能電站消防安全應(yīng)急演練與聯(lián)動(dòng)，定期組織開展電解液泄漏處置、電池?zé)崾Э?、火?zāi)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(dòng)機(jī)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(qiáng)，新型儲(chǔ)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(jìn)一步夯實(shí)，有力促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

原標(biāo)題： 發(fā)展安全新型儲(chǔ)能技術(shù) 夯實(shí)新型電力系統(tǒng)支撐基礎(chǔ)