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編者按

“安全”是儲(chǔ)能發(fā)展繞不開(kāi)的話題。近年來(lái)，大到儲(chǔ)能電站，小到新能源車(chē)，起火事故時(shí)有發(fā)生。這些事故，除了電池本身缺陷外，還存在著很多亟待解決的系統(tǒng)問(wèn)題。圍繞近期發(fā)生的多起電池起火事故，本版將從基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制造等多個(gè)維度，對(duì)保障儲(chǔ)能安全展開(kāi)思考。

■本報(bào)記者 秦志偉

鋰離子電池“短命”的潛在因素被發(fā)現(xiàn)、借助新型電極材料并通過(guò)界面設(shè)計(jì)可提升電極性能、利用納米系統(tǒng)工程理念可提升材料儲(chǔ)鋰性能……近期，關(guān)于儲(chǔ)能電池尤其是鋰離子電池的研究越來(lái)越多。雖然研究方法和路徑可能有所不同，但研究成果都有一個(gè)共同宣傳點(diǎn)，即高安全性。

儲(chǔ)能安全是儲(chǔ)能發(fā)展繞不開(kāi)的話題，目前儲(chǔ)能安全問(wèn)題主要來(lái)自于電化學(xué)儲(chǔ)能，而電池組（堆）又是其最大的安全隱患之一。

根據(jù)《2020儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《報(bào)告》），僅在2019年，中國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目新增裝機(jī)共計(jì)1228.4兆瓦，其中電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目新增裝機(jī)678.4兆瓦，占比第一，高達(dá)54.5%。截至2019年底，鋰離子電池裝機(jī)占電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的82.4%。

然而，儲(chǔ)能安全問(wèn)題不僅僅是電池帶來(lái)的?！吨袊?guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)了解到，儲(chǔ)能安全是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，均有可能導(dǎo)致起火。

　　火災(zāi)事故后的思考

自2017年8月韓國(guó)23個(gè)儲(chǔ)能電站起火事故發(fā)生以來(lái)，儲(chǔ)能安全問(wèn)題就一直困擾著行業(yè)。《報(bào)告》認(rèn)為，這與韓國(guó)各大企業(yè)以三元鋰電池為主流產(chǎn)品有關(guān)。

中國(guó)化學(xué)與物理電源協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)教授級(jí)高工江衛(wèi)良介紹，目前全球主要儲(chǔ)能企業(yè)以傳統(tǒng)電池企業(yè)為主，技術(shù)類(lèi)型上基本以?xún)纱笈上禐橹鳎慈枕n三元鋰電池體系和中美磷酸鐵鋰電池體系。

但也并不是說(shuō)磷酸鐵鋰電池絕對(duì)安全。2018年8月初，我國(guó)江蘇一儲(chǔ)能項(xiàng)目中磷酸鐵鋰電池集裝箱起火并燒毀，但起火原因目前還未公布。

據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授段強(qiáng)領(lǐng)介紹，鋰電池在使用過(guò)程中，通過(guò)鋰離子嵌入和拖出釋放能量。如果使用不當(dāng)，如過(guò)充、高溫、碰撞等條件下可能會(huì)誘發(fā)電池內(nèi)部的熱化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控發(fā)生。“如果熱失控在電池模組內(nèi)發(fā)生傳播，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的火災(zāi)事故的發(fā)生。”

值得注意的是，熱失控會(huì)產(chǎn)生有毒和可燃?xì)怏w，而鋰離子電池的火災(zāi)撲救更困難，給消防帶來(lái)挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用提速，產(chǎn)品投運(yùn)周期越來(lái)越短，在安全標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善、監(jiān)管機(jī)制尚未建立的情況下，各國(guó)儲(chǔ)能安全事故時(shí)有發(fā)生。“必須正視這些關(guān)鍵問(wèn)題。”江衛(wèi)良認(rèn)為，儲(chǔ)能系統(tǒng)要通過(guò)自身保護(hù)措施，及時(shí)對(duì)儲(chǔ)能電站異常情況進(jìn)行處理，將儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

　　電池本體因素成為安全核心

針對(duì)儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故，韓國(guó)成立專(zhuān)家調(diào)查組將成因總結(jié)為電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對(duì)電氣故障的保護(hù)系統(tǒng)不完善、運(yùn)營(yíng)環(huán)境管理不到位、儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合管理體系欠缺。其中，電池系統(tǒng)缺陷可能是引起火災(zāi)的主要因素之一。

借鑒韓國(guó)儲(chǔ)能事故調(diào)查報(bào)告對(duì)安全誘因的分類(lèi)，中科院廣州能源研究所曹文炅等人將儲(chǔ)能安全事故成因劃分為電池本體、外部激源、運(yùn)行環(huán)境及管理系統(tǒng)四類(lèi)。而電池本體因素仍是儲(chǔ)能安全的核心，其誘發(fā)安全事故的來(lái)源主要包括電池制造過(guò)程的瑕疵及電池老化帶來(lái)的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性退化兩方面。

曹文炅等人撰文解釋道，電池在非常規(guī)的運(yùn)行環(huán)境及管理系統(tǒng)因素影響下，內(nèi)部老化過(guò)程更加復(fù)雜多變，并逐漸演變成安全問(wèn)題。

鑒于電池本體因素長(zhǎng)周期演化特征，研究如何通過(guò)電池內(nèi)部老化機(jī)理、電池間不一致性演化及對(duì)應(yīng)的外部參數(shù)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性演化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和早期預(yù)警，成為當(dāng)前鋰電池儲(chǔ)能安全管理的重點(diǎn)。

“受現(xiàn)階段管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管控可靠性限制，對(duì)電池本體的充放電的電池荷電狀態(tài)（SOC）區(qū)間有必要適當(dāng)收緊。”曹文炅表示，“一般而言，鋰電池在20%～80%的SOC區(qū)間工作時(shí)充放電內(nèi)阻較小，發(fā)熱量也相應(yīng)較小，并且該區(qū)間工作不容易造成電池的過(guò)充過(guò)放問(wèn)題，有利于規(guī)避因此產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。”

　　風(fēng)險(xiǎn)防控與處置相結(jié)合

但儲(chǔ)能安全是系統(tǒng)問(wèn)題，不能將安全問(wèn)題全部歸于電池，事故往往是多因素交互作用引發(fā)的。

在江衛(wèi)良看來(lái)，儲(chǔ)能安全技術(shù)問(wèn)題的核心分為安全風(fēng)險(xiǎn)和安全處置，前者包括儲(chǔ)能系統(tǒng)及部件的電氣安全風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)、化學(xué)安全風(fēng)險(xiǎn)、火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)、爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)維度。

“風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是認(rèn)知風(fēng)險(xiǎn)的核心內(nèi)容。”江衛(wèi)良表示，已經(jīng)發(fā)布或正在制定的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)首先就是論述風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

接下來(lái)就是安全處置，包括參數(shù)量化準(zhǔn)入限制設(shè)定、產(chǎn)品防護(hù)設(shè)計(jì)、消防環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、感知預(yù)警、緊急處理、運(yùn)維等。

平高集團(tuán)儲(chǔ)能科技有限公司市場(chǎng)支持部部長(zhǎng)李占軍以江蘇昆山儲(chǔ)能電站消防設(shè)計(jì)為例介紹，他們通過(guò)與國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司合作，在磷酸鐵鋰電池預(yù)制艙首次配置自動(dòng)滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中自動(dòng)滅火系統(tǒng)創(chuàng)新性集成應(yīng)用了七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，設(shè)置了自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制等4種控制模式，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)效用最大化，將電池運(yùn)行的安全系數(shù)提到最高。

據(jù)悉，昆山儲(chǔ)能電站是世界單體容量最大的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能電站，建設(shè)規(guī)模為110.88兆瓦／193.6兆瓦時(shí)，總占地面積31.4畝，共配置88組預(yù)制艙式儲(chǔ)能電池，電池采用磷酸鐵鋰電池方案。

平高集團(tuán)在近期儲(chǔ)能項(xiàng)目并網(wǎng)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差異較大，給工作推進(jìn)帶來(lái)了阻力。因此，李占軍建議，我國(guó)在加快儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落地的同時(shí)，也要加強(qiáng)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，尤其是并網(wǎng)調(diào)試、產(chǎn)品檢測(cè)、消防安全、運(yùn)維管理等，助力儲(chǔ)能行業(yè)安全穩(wěn)步發(fā)展。