2020年11月18—20日，2020儲能安全國際高峰論壇在合肥世紀金源大飯店召開，20日會上，國網綜能服務集團科技研發中心研究員周喜超發表了題為“電化學儲能電站安全問題分析”的主題演講。

儲能技術是推動可再生能源從替代能源走向主體能源的關鍵技術，是解決可再生能源大規模接入以及棄風、棄光問題的重要手段，可以實現可再生能源出力特性改善、調峰調頻、需求側響應等多種服務功能，同時還可調節電網峰谷、提高輸電安全性和經濟性。

儲能作為一個新興的技術產業，擁有著廣闊的市場發展前景，是新一輪能源變革的關鍵力量。儲能安全是行業發展關注的首要問題，涉及設備層、系統層等多個環節。今天分享的內容主要是結合國內已投建的磷酸鐵鋰電池儲能項目，分析其存在的安全問題。

2019年，全球電化學儲能市場增長率約24.0%，國內儲能市場增長率為48.4%；2020年上半年，我國新增投運電化學儲能約121.4MW，同比增長3.8%。預計到2030年我國投運電化學儲能項目累計裝機規模預計達到100GW。在電化學儲能中鋰離子電池儲能系統具有能量密度高、轉換效率高、自放電率低、使用壽命長等優勢，在工程中得到廣泛應用，其中磷酸鐵鋰電池項目在國內數量最多。鋰離子電池采用沸點低、易燃的有機電解液，且材料體系熱值高，在電池本體或者設備等發生故障后，易觸發電池材料的放熱副反應，引起電池熱失控，進而可能演化為電池燃燒、爆炸等重大事故，造成嚴重的經濟損失和社會影響。

儲能電站的安全隱患主要有以下幾個方面：第一個是電池能量密度高，電池組的電池容量往往高達MWh級，且在一個集裝箱或一個局部空間內，一旦發生安全問題，往往引起電池燃燒的鏈式反應，導致局面失控。第二個是高壓直流系統，系統布線、結構復雜，一旦線纜老化、空氣潮濕、塵埃等都可能造成絕緣下降， 以致漏電、打火，以及線纜接觸電阻變大發熱等，引起安全事故。第三個就是運行工況惡劣，有高海拔、高風沙的，還有極寒天氣的，導致系統誤報警、誤動作，產生不可預想的安全事故。電池運行中的過充、過放、過流、過溫，以及短路、熱失控等也是儲能電站的安全隱患。

儲能電站產生安全問題的原因很多且復雜，有設備本體的因素，生產工藝的問題，系統集成的問題，還有一些周圍環境和運行維護管理等方面的問題。

在設備本體層面，首先是儲能電池的選型，非儲能專用電芯，如汽車專用、通信專用、消費及數碼專用，短時間看不出問題，但是隨著時間推移必定會暴露出安全隱患；其次是電池生產工藝技術，在電池制造過程存在瑕疵，存在涂布過程金屬污染物顆粒混入、正負極流體邊緣毛刺等概率。

在系統集成方面，一是電池艙系統集成，包括焊接工藝、電池組合、空間布局、PACK絕緣介質選擇等，在艙里面如何進行有效熱管理，是一個很復雜的工程，尤其是在儲能電池艙里面消防配置。二是儲能電站系統集成，整個電站的系統集成配置，包括BMS、PCS和EMS的協同控制，有效的數據采集、傳輸、處理，從而保障有效數據綜合利用，并針對不同功能需求優化EMS控制策略等。

在運行維護方面，電化學儲能電站運行時間周期長，需要發揮信息化平臺的作用，發揮管理人員的職責作用，有效利用數據進行狀態評估、研判，通過維護措施到位，把日常的檢修、故障等問題及時處理，才能真正保障儲能電站全生命周期的安全。

以下應對策略僅供參考：

這里還有一些問題需要關注，尤其是電池艙的熱管理，電池間溫差過大將構成各電池老化速率不一致，影響系統整體性能，長期發展下去，BMS對于短板電池估計誤差擴大，造成短板電池過充過放，導致安全事故發生。配置有效熱管理系統可以減緩電池內部事故演化為火災的概率；當局部熱失控發生時，可以在一定程度上阻斷熱失控蔓延。

開展儲能電站狀態評估研究，掌握對儲能電站內部數據和相關模型有效性和可靠性認知；完善傳感設備采集數據的有效、可靠性評價算法，實現對儲能電站運行狀態更精準的認識，對電池在內的儲能電站關鍵設備狀態的評分定級、運行狀態的準確、可靠感知，了解系統運行全貌。基于電站運行狀態建立儲能電站安全預警機制，針對設備運行缺陷、系統安全狀態進行早期預警；實現對電池熱失控、火災等危險的提前預判，實現電池潛在熱失控的更早期甄別，實現對電池特性、系統運行特性的辨識，了解電池本體和系統的全生命周期安全狀態演化過程，助力預警策略制定。

最重要的還是要建立系統消防保障，部署安全高效、先進適用的儲能消防系統，同時健全儲能電站消防系統的聯動機制，實現艙內、艙外的聯動，自動和手動的配合，有效防控火災危害。

總結思考：第一是強化電池故障演化機理和控制策略研究，通過試驗分析，研究電池全生命周期演變過程、熱失控反應等機理特征，確定敏感性因素和變化規律。通過數據分析，研究各安全要素的關聯關系，確定核心數據采集、處理方式，尤其是BMS數據處理技術。通過算法優化，開展狀態實時評價，實現故障早期預警。

第二是系統優化儲能電站消防優化配置，安全性和經濟性如何達到平衡是需要重點考慮的。首先安全性是紅線，經濟性是目標，安全線要分場景、按需求，分析危險源，確定安全約束，建立指標標準，在安全性分析基礎上結合經濟性約束，合理優化配置儲能電站消防系統。

第三是完善儲能電站技術標準和運維管理規范，包括建立儲能電站消防配置、消防驗收等標準；建立電站系統級性能測試與驗證規范；完善儲能電站運維技術規范等。

儲能電站安全是系統工程，不僅要關注儲能電站建設，更要投入足夠的精力做好運維保障。可以通過儲能電站運維平臺的數據分析，運行狀態的評價等，輔助建立故障預警預判體系，同時配套建立運維管控機制，提升運維人員整體素質，全方位保障儲能電站安全運行。