一文看懂储能电站为何会"起火爆炸"？ | 储能干货

 

 

 

预制舱式锂离子电池储能电站是我国目前电化学储能电站的主流建设形式。锂离子电池储能电站可以分为四个层次：电池单体、模组、电池簇和电池舱。电池单体通过排列集成模组，模组经电气连接构成电池簇，多个电池簇与变流器等设备组成电池舱。

 

 

此外，储能电站中还包括热管理系统、能量管理系统、电池管理系统、储能变流器等，多个单元协同工作保障储能电站的安全运行。

 

 

 

1. 电池排列相对密集，极易导致连锁反应

 

 

大规模储能系统的特点之一就是电池数量多、排列相对密集，单个储能舱的容量为0.5-2MWh，内部单体电池数量可达数万个。储能舱中电池集中分布的特点会增加电池的安全风险，若单体因滥用故障发生热失控，极易导致周围电池发生连锁反应。

2. 电芯本身存在问题，没有电池全生命周期管理

 

 

在前几年，有一个比较火的概念叫梯次利用，简单来说，储能电站会使用电动汽车退役的动力电池，但是电池不怕旧，怕就怕新旧不一，电芯一致性差。遥控器上两节干电池，凑活凑合日子还能过，但储能系统里，少则几百个，多则上万个电芯，大规模应用起来，问题就完全不一样了。

因此，去年，国家能源局发布《新型储能项目管理规范（暂行）（征求意见稿）》，征求意见稿称，原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。文件指出，在电池一致性管理技术取得关键突破、动力电池性能监测与评价体系健全前，原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目。已建成投运项目应定期评估电池性能，加强监测、强化监管。

 

 

但是解决掉电池出厂安装时的品控检测问题，还要考虑储能电站中电池的使用寿命，一个储能电站的寿命达到10-15年，即使同一批次的电池，使用几年后，一致性也会降低，目前，行业内亟需形成一个如何对电池全生命周期进行管理的统一标准。

 

3. 储能电站管理系统不完善

当前电池管理系统主要依靠测量模组表面温度、电压与SOC来避免电池发生过充，设计经验来源于电动汽车，然而，与电动汽车不同的是，储能舱内单体电池数量非常大（甚至可以达到数万个），电池的不一致性会导致个别电池产生过充、过放，增加了管理和监测的难度。

接下来，我们以3个目前公开的储能电站事故调查分析为例，详细了解下储能电站为何会爆炸：

 

 

 

根据韩国已经公布的储能电站相关事故调查中，将储能电站事故致因总结为以下5个方面：

（1）电池系统存在缺陷

（2）应对绝缘检测的保护系统不够

（3）储能电站建设完以后管理和维护不足

（4）PCS和ESS之间的综合管理系统不好

（5）储能系统安全状态监测和预警系统不完善

 

 

北京储能电站发生爆炸事故引发了社会对储能电站安全问题的关注。国家电网直属科研单位，中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所，发布了对该事故的分析报告，提出了可能引发爆炸的8个诱因，包括储能电池安全质量、电池管理系统和气象环境因素等。

 

 

发生事故的具体时间节点如下：

 

爆炸的原因分析：按照设计，当灭火系统启动时，空调会被关闭，从而使喷出的灭火气体得以集中。当集装箱门被打开时，可燃混合物接触到热源（很可能是电池簇中余热的电池），引起爆炸。

 

 

1. 美国亚利桑那州电池储能项目整改措施及建议

研究结果包括两大类建议:对电池系统设计进行物理改变以消除气体积聚的情况，以及改变对安全人员处理储能站紧急情况的培训。

①将在储能系统中增加遥感和通风系统。当故障导致危险气体释放时，操作人员可以通过气体识别和通风将其冲洗出去，而避免风险。

②其他升级包括冷却系统或电芯之间的屏障，以防止火灾蔓延。

③在安全培训方面，在装有电池储能系统的城市，对当地的安全消防人员进行培训。

2. 韩国储能事故整改措施及建议

（1）电池本体因素仍然是储能系统安全的核心，受现阶段管理系统的监测管控可靠性限制，对电池本体的充放电SOC区间有必要适当收紧。

（2）电池老化因素及运行环境因素的长期演化将可能造成腐蚀性的绝缘部件损坏，需要强化绝缘检测并进行定期维护检查，同时需要强化漏电断路装置、过电压保护装置、过电流保护装置等电气冲击保护装置的可靠性。

（3）储能系统配置足够强度和灵活性的主动热管理系统是非常必要的。

（4）电池储能系统的标准体系有待进一步完善，特别是涉及PCS、BMS、EMS之间协调、控制与管理的相关标准。

3. 北京大兴储能电站爆炸事故工作建议

1.加强对在运储能电站的安全运行管理和技术监督制度建设，明确管理职责和责任主体，针对不同类型的储能事故隐患，制定故障应急预案和消防处置措施，保障人员生命安全和财产安全。

2.加强储能技术标准的应用，构建储能建设、运维的质量管控体系。将相关标准要求落实到储能技术监督的各个环节，保障接入电网的储能设备安全可靠。

3.加快建设大容量储能系统故障着火模拟试验平台，开展储能系统火灾演化机制及防控技术研究，构建储能系统火灾危害等级及防护评价体系，验证并改善储能安全系统对不同实际环境的适应性。

4.加强储能安全技术攻关，研究储能系统全寿命周期应用安全技术，研发新型本征安全储能电池，研究储能电站安全集成技术，研究储能系统安全状态在线感知及诊断技术，研究储能电站安全预警、阻燃隔热、消防灭火技术等。采取切实有效措施，加快新技术成果的推广应用。

 

总结：如何给储能电站最佳的安全防护?

1、建立储能电站全生命周期管理体系

前面提到，一个储能电站的寿命是10-15年，即使同一批次的电池，在几年后也有可能出现不一致性问题，储能系统有上万个电芯，电池老化后的不一致性问题更为严重，所以储能电站的全生命周期管理体系的搭建，可以做到实时检测，免拆解定点定位，提前预警，将预防做在消防前。

2、通过电化学模型，对电池关键参数进行精准分析

欲达成锂电储能电站“零事故”安全的目标，需要改变思路，传统的BMS管理系统设计经验来源于电动汽车，仅仅采集电压、温度、内阻等参数进行分析，在面对大规模储能电站时可能心有余而力不足，一是，电池规模巨大，增加了管理和检测的难度；二是，随着电池本体因素演化，电池安全参数都将发生变化，给电池管理系统的精准预测带来了挑战；三是，提前预测时间有限，锂电池从出现热失控征兆到燃爆之间时间较短，长时预警正逐渐成为行业发展需要。

新思路就要用新做法，据了解，目前已有公司通过电化学模型对电池关键参数精准分析，相当于对电芯进行深度的“血液级”检测，不仅仅分析电压、温度、内阻等参数，更可以通过深入电芯的数据分析，在多个维度、采用多种手段研究电池安全性机理，基于精准测量和数值化模型准确预测锂电池安全性表现，最终提出应用化解决方案的综合性预防策略，真正达到从源头解决储能安全性问题。相比于传统的BMS管理系统，电芯“血液级”检测技术预测精度更高，更早发出安全预警时间，真正做到守护电站安全、长寿。

3、引入专业的“第三方检测机构”，不断完善储能电站安全标准体系

如今，储能市场正以前所未有的速度增长，产业链涉及了电芯、电池包、系统供应商等多个领域，高速发展的背后，制定标准、规范市场正成为储能规模化发展的关键，权威、专业的第三方检测机构逐渐成为储能发展之路上的重要推动力。

不断爆发的储能安全事故，折射出的是储能电站上下游产业制造的品控与管理不足。高标准、更严苛的体系化认证与测试，对国内储能产业往规范化、高安全性发展有着重要意义，仅有生产厂家出具的检测报告将缺乏说服力，一个生产厂家，自己既生产产品，又出具检测报告，既当“裁判”又做“选手”，对于市场而言，缺乏公正性，因此，无论对于用户来说，还是行业发展来说，将储能电站安全检测的事情交由权威的第三方检测机构将成为必然选择。

4、制定故障应急预案和消防处置措施

同时，针对不同类型的储能事故隐患，需制定故障应急预案和消防处置措施，做到检测到预警信息，第一时间处理，防止安全事故的发生，尽全力保障人员生命安全和财产安全。

 

0