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储能电站安全思考

2022-09-23 09:47:33 国际能源网

9月20日凌晨,位于美国加州蒙特雷(Monterey)太平洋瓦电(PG&E)公司的一个变电站起火,起火原因是由变电站中的特斯拉Megapack巨型电池储能设备造成的。

据国际能源网/储能头条了解,该储能设施容纳 256个特斯拉Megapack电池单元,每个单元都将电池和PCS设备集成在一个柜子里,通过变压器和开关设备连接到115kV输电系统,并且能够存储高达730 兆瓦时的能量。

目前没有现场人员受伤。

这不是特斯拉 Megapack 第一次着火了。

2021年,一台特斯拉 Megapack 在澳大利亚的另一个大型电池项目中起火,大火烧了整整一周都没灭。

不仅是特斯拉。

2021年4月,北京丰台一储能电站发生火灾,消防队在对电站南区进行处置过程中,电站北区在毫无征兆的情况下突发爆炸,导致2名消防员牺牲,1名消防员受伤(伤情稳定),电站内1名员工失联。

2021年4月6日,韩国一光伏电站储能系统(ESS)起火,烧毁面积达22平方米,共造成约4.4亿韩元损失(约合人民币258万元)。

据不完全统计,近3年内,全球范围内的储能项目发生爆炸和火灾事故多达26起。这些储能事故也严厉拷问着储能市场。储能电站安全事故为什么频频发生?主要原因有哪些? 如何才能解决隐忧,保障储能电站的运行安全?

储能电池电站为什么会起火?

这是电池本身的材料、结构和电化学性能决定的。

化学课教过燃烧的三要素:还原剂、氧化剂和热量。

在电池的内部,还原剂和氧化剂都挤在一起,一旦电池过充或者短路,给一点热量,高温高压的环境下,周围的电芯很可能会跟着一起起火。一颗接着一颗,链式反应一发不可收拾。

而储能电站里的电池,危险性比电动汽车上还要高。

首先,储能电站的电池集中存放,更容易引发连锁反应。储能电站的规模一般都比较大,2021年北京丰台发生事故的光储充电站,容量25MWH,也就是25000度电,同时供应着94根150kw的快充桩使用。这大概相当于把五千台普通的电动汽车的电池放到一起。

而澳洲那个整整烧了一周的特斯拉储能项目,总规模甚至达到了450MWh,单个起火的储能包容量就有3MWH,足足有13吨重。

其次,电芯的质量参差不齐。为了降低成本,有些储能电站会使用电动汽车的退役动力电池。电动汽车虽然不能用了,但还可以作为储能继续使用。这有点像某电池的广告;“别扔,还能用呢”。遥控车上用完了,遥控器还能继续用。也就是把退役的电池拆开,放到储能电站里继续用。其实,电池不怕旧也不怕新,怕就怕新旧不一,也就是所谓的电芯一致性差。遥控器上两节干电池不算什么,但储能电站里少则几百个,多则上万个电芯大规模使用起来,问题就完全不一样了。

这样的储能电站运行起来就好比蒙眼开车,全凭运气。一旦发生过充,很容易发生短路,再严重一些就是起火。

最后,储能管理系统负荷过重。电动汽车行业有100多项国家标准,装在车上的车规级BMS都是非常严密的。但在储能行业,国家标准还不到20项,且其消防安全国标至今不存在。为了降低成本,用的器件可能更便宜,最后还得全年无休、不间断进行充放电工作,所以储能电站的管理系统和各种功率元器件,负荷很高。

总结来说,储能电站的危险性主要来源于三个方面,大规模的电池存放,退役电池的一致性和管理系统的可靠性。

除此之外,还有一些其他诱因,例如工艺、材料、应用方式、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等因素都可能造成事故的发生。

如何解决储能安全问题

近年来,为促进能源结构的转型、实现低碳绿色发展,储能产业越来越受到资本市场的关注,也成为了备受国家支持的重点领域。

除了特斯拉外,比亚迪、宁德时代、国轩高科、赣锋锂业等公司也相继布局了锂电池储能板块。汽车行业专家曹广平表示,对于这些涉足锂电池储能的电动车企和动力电池公司而言,最大的挑战在于如何控制电池的成本、保障产品的安全性以及增强电池的循环寿命。

这其中,安全问题一直是整个行业最为关注的事。

业内专家认为:

一是不应以牺牲安全措施为代价压低成本。目前,国内储能项目招标价格过低,逼近成本价,同时要求项目在短期内必须上马。低成本限制了系统安全措施的投入,仓促交付又会导致系统测试与验证期过短,无法充分论证安全性的问题。因此,在保证安全的前提下实现可接受的技术经济性是储能产业发展需要克服的挑战。

二是要尽快推进安全标准及相关规范的制定。在储能标准与安全规范上,世界各国都在探索中,但目前仍没有完善的标准体系出台。相比较之下,欧美各国在储能应用方面发展较早,在大量实践数据的支撑下,海外经验值得我国学习和借鉴。

三是要对储能项目进行充分的安全评估。说到底储能项目是一个系统,引发事故的往往是与电芯配套的外围系统,通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛,并经过充分的安全测试与权威认证是可以保障锂电池储能系统安全性的。

据国际能源网/储能头条了解,2022年2月开始实施的《电化学储能系统接入电网技术规定》,储能系统并网测试共有13项试验,包括了电能质量、功率控制、电网适应性、保护和安全自动装置、通信与自动化等。

对于电力系统来说,电池储能仍是新生事物。如何安全地使用好储能,是这个产业发展的前提,需要全行业,也需要多部门、多体系共同来协作。




责任编辑: 李颖

标签: 储能电站安全 巨型电池储能设备造

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