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電化學儲能本質(zhì)安全成為關(guān)注重點

近年來，我國新能源裝機占比不斷提升，新型儲能行業(yè)高速發(fā)展。據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2021年底，我國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模46.1吉瓦，抽水蓄能占86.3%，電化學儲能占12.1%。在電化學儲能中，鋰離子電池的累計裝機規(guī)模最大，約為5.1吉瓦，約占92%。

電化學儲能以效率高、響應(yīng)快、建設(shè)周期短、技術(shù)適應(yīng)性強等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅猛。但與此同時，電化學儲能電站運營不規(guī)范、安全管理不到位、預(yù)警處置能力不足等問題，已成為當前制約儲能高質(zhì)量發(fā)展的痛點和難點。

“目前來看，鋰電池占據(jù)了主流，在電化學領(lǐng)域，鋰電池本身的自我革命、自我創(chuàng)新也仍然還有很大的空間。”工信部電子信息司基礎(chǔ)處處長金磊表示。

記者梳理發(fā)現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計，2011年—2021年，全球共發(fā)生32起儲能電站起火爆炸事故。其中，25起事故儲能電站采用的是三元鋰離子電池；21起事故起火爆炸時段發(fā)生在充電中或充電后休止中。

電池是由正極材料、負極材料、電解液、隔膜等物質(zhì)組成的，正常情況下通過一系列氧化還原反應(yīng)釋放能量。但電池中隔膜、電解液屬于可燃物，一旦發(fā)生短路，內(nèi)部可燃物容易升溫、失控并最終著火。

“目前廣泛使用的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池具有可燃燒性的問題，在較高溫度下會發(fā)生熱化學反應(yīng)，進而觸發(fā)一系列的熱失控現(xiàn)象，導(dǎo)致電池在多種應(yīng)用場景下出現(xiàn)事故。”中科院物理所研究員李泓表示，高溫環(huán)境導(dǎo)致的熱失控現(xiàn)象成為電化學儲能安全存在隱患的主要“元兇”。

業(yè)內(nèi)專家普遍認為，目前鋰離子電池的安全問題主要來自電池內(nèi)部，鋰離子電池內(nèi)部使用的液態(tài)電解質(zhì)更加易燃，更易觸發(fā)熱失控。發(fā)生熱失控的電池會在極短的時間內(nèi)釋放出大量的熱量和大量的氫氣、一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，除發(fā)生火災(zāi)外，嚴重的甚至引發(fā)電池的射流火和爆炸現(xiàn)象。

2022年6月，國家能源局綜合司發(fā)布關(guān)于征求《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（2022年版）（征求意見稿）》意見的函，其中在防止電化學儲能電站火災(zāi)事故的要求中提到，中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池；選用梯次利用動力電池時，應(yīng)進行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進行安全評估。

專家表示，若能將液態(tài)電解質(zhì)電池替代為混合固液電解質(zhì)或全固態(tài)電池，可顯著提高電池的安全性邊界，使其具有更高的安全性和能量密度。

“固態(tài)電池高溫穩(wěn)定性顯著提高，不容易發(fā)生熱失控，這些優(yōu)點使得電池具有‘本質(zhì)安全’的特性，可以把電池的容量尺寸做得更大，允許更高溫度運行。同時，電池將具有較長的循環(huán)壽命，從而提高產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效能，顯著降低電池的成本。”李泓指出。

全流程安全是努力方向

“公開的事故調(diào)查報告也表明，儲能安全涉及建設(shè)運行的整個周期，除了關(guān)注儲能電池本身的安全之外，還需要從電氣安全、系統(tǒng)集成、監(jiān)控、事故預(yù)警、滅火和應(yīng)急措施等不同層面加以改進。”中國能源研究會儲能專委會主任、中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長、中科院工程熱物理所研究員陳海生指出。

據(jù)了解，電化學儲能安全保障涉及三道防線。除第一道防線儲能電池的本質(zhì)安全外，還包括第二道防線儲能電池在使用過程中的預(yù)警防護，以及第三道防線觸發(fā)火災(zāi)或者爆炸時的應(yīng)急處置。

“在過程安全方面，我們要發(fā)展故障診斷技術(shù)，目的就是要把事故在隱患狀態(tài)或者苗頭狀態(tài)就找出來進行及時處置，從而不讓它發(fā)生事故。”孫金華比喻，電池就像人一樣，生病需要及時診斷治療，避免釀成大病。

“儲能系統(tǒng)復(fù)雜度高，并非儲能變流器與電池的簡單拼湊，安全防控需在深刻理解失效機理與演變機制的基礎(chǔ)上，進行系統(tǒng)設(shè)計。”談及儲能電池安全防控設(shè)計，寧德時代新能源科技公司系統(tǒng)安全總工陳小波表示，儲能系統(tǒng)安全應(yīng)以“抑制失控、控制災(zāi)害”為設(shè)計指引，通過構(gòu)建集電—熱耦合防護設(shè)計，失控智能預(yù)警、失控阻隔、煙氣泄漏與燃爆控制、災(zāi)害隔離與消防為一體的多級安全防控體系，開展產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中多次強調(diào)儲能安全，提出建立安全技術(shù)標準及管理體系、強化電化學儲能安全技術(shù)研究、完善消防安全管理等路徑措施，為夯實新型儲能安全基礎(chǔ)指明方向。

與此同時，規(guī)范行業(yè)標準也在業(yè)內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注。

記者了解到，今年有關(guān)機構(gòu)對標準體系進行了進一步修訂，重點是對儲能電池相關(guān)標準的細化。

“現(xiàn)在標準正在建議階段，因為儲能正處于爆發(fā)期，一些標準還不成熟，可能還要靠發(fā)展來解決發(fā)展的問題。”中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司儲能技術(shù)部主任劉明義認為。

國家電網(wǎng)調(diào)度中心教授級高工、中國能源研究會儲能專委會副主任委員裴哲義認為，從儲能電站系統(tǒng)設(shè)計到運輸過程、現(xiàn)場安裝、并網(wǎng)調(diào)試以及運行等各個環(huán)節(jié)的標準，包括標準化操作、標準化運維等都要加以考慮。

值得關(guān)注的是，現(xiàn)階段，全國多地已出臺新型儲能建設(shè)相關(guān)政策標準。據(jù)北京市城市管理委員會電力煤炭處處長郭連啟介紹，今年，北京市已經(jīng)出臺了《新型儲能監(jiān)督管理職責劃分（暫行）》，進一步明確了政府各相關(guān)部門的職責，北京市城市管理委員會作為統(tǒng)籌部門，全面負責新型儲能項目建設(shè)運行監(jiān)管工作。著重夯實安全監(jiān)管、標準規(guī)范、應(yīng)急管理和科技支撐，從強化項目建設(shè)管理、建立應(yīng)急處置工作體系，實施關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)和技術(shù)攻關(guān)等多方面強化監(jiān)管體系建設(shè)，助力實現(xiàn)新型儲能電站的全鏈條、多維度、多部門結(jié)合安全監(jiān)管，逐步推動新型儲能安全發(fā)展。

10月9日，國家能源局發(fā)布《能源碳達峰碳中和標準化提升行動計劃》，提出加快完善新型儲能技術(shù)標準，根據(jù)新能源發(fā)電并網(wǎng)配置和源網(wǎng)荷儲一體化需要，抓緊建立涵蓋新型儲能項目建設(shè)、生產(chǎn)運行全流程以及安全環(huán)保、技術(shù)管理等專業(yè)技術(shù)內(nèi)容的標準體系。細化儲能電站接入電網(wǎng)和應(yīng)用場景類型，完善接入電網(wǎng)系統(tǒng)的安全設(shè)計、測試驗收等標準。加快推動儲能用鋰電池安全、儲能電站安全等新型儲能安全強制性國家標準制定。

陳海生認為，在儲能安全方面，一方面要繼續(xù)研發(fā)更加高效、安全的儲能技術(shù)。另一方面，要盡快完善儲能產(chǎn)品的標準和檢測的認證體系。建立完善儲能規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備及實驗各環(huán)節(jié)的標準體系，完善儲能產(chǎn)品的性能安全性等檢測認證的標準，建立國家級的檢測認證機構(gòu)，加強和完善儲能產(chǎn)品的全生命周期的質(zhì)量監(jiān)管等。

原標題： 新型儲能行業(yè)呼吁安全規(guī)范發(fā)展