儲能，如何更安全?氣體監(jiān)測成為儲能安全新考量

　　作為影響未來能源大格局的前沿技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，儲能不能忽視安全問題。在儲能安全備受關(guān)注的當(dāng)下，破除安全問題的難點在哪里?

　　安全已成為儲能產(chǎn)業(yè)面臨的瓶頸之一。

　　在一水之隔的韓國，儲能電站發(fā)生火災(zāi)事故已經(jīng)高達(dá)30起，火災(zāi)給快速升溫的儲能市場潑了一盆冷水。韓國工商和能源部立即采取了行動，對所有已經(jīng)安裝的電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行安全檢查，強制關(guān)閉了數(shù)百個個公共事業(yè)側(cè)的儲能系統(tǒng)。

　　在國內(nèi)，電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)均出現(xiàn)過不同程度的火災(zāi)事故，雖然鮮有正式的通報和報道，但不得不承認(rèn)，事故畢竟是存在的，這也一度成為儲能圈內(nèi)爭議的焦點。

　　安全無小事，儲能也不例外。外界對電池儲能安全性、可靠性的質(zhì)疑，也讓產(chǎn)業(yè)鏈條上的所有相關(guān)方開始認(rèn)識到安全的重要性：如果像電動車一樣隔三差五燒的話，電化學(xué)儲能可能遭遇“倒春寒”。

　　Ⅰ 新興產(chǎn)業(yè)的成長陣痛

　　如同21世紀(jì)初期的光伏產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前的電池儲能行業(yè)也是一個體量不大但飛速增長的市場。儲能是建設(shè)新型能源體系、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)全球碳中和的重要支撐。根據(jù)中國能源研究會儲能專委會/中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)全球儲能項目庫的不完全統(tǒng)計,去年全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模237.2GWH。儲能已從研發(fā)示范轉(zhuǎn)向快速商業(yè)化推廣。

　　過去數(shù)年，儲能市場逐漸升溫，各路資本相繼進(jìn)入。在行業(yè)的早期，市場難免魚龍混雜。既有寧德時代、比亞迪這樣的獨角獸，還有大量的光伏、節(jié)能、電力電子企業(yè)跨界而來，“撈一票就走”的現(xiàn)象不可避免。

　　進(jìn)入一個全新的行業(yè)，不少企業(yè)也是“摸著石頭過河”，需要和客戶一起挖掘市場，找到新型的應(yīng)用場景，逐步探索出儲能的商業(yè)發(fā)展模式。在市場不成熟的前提下，從業(yè)主、投資商到設(shè)備商，更在意的是價格和成本，對產(chǎn)品的風(fēng)險控制和安全并沒有足夠的認(rèn)識。

　　“新型儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，正成為新的增長極，這幾年不但做消費電池和汽車電池的開始做儲能電池，其他行業(yè)如地產(chǎn)、家電、服裝、食品等都紛紛跨界做儲能。行業(yè)百花齊放是好事，但是我們也要看到一哄而上的風(fēng)險。”

　　去年11月9日，在于福建寧德舉辦的2023世界儲能大會上，全球電池龍頭寧德時代的首席科學(xué)家吳凱在《可信、可續(xù)，推動儲能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展》的主題演講中，談到國內(nèi)儲能行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀時，直面行業(yè)一系列痛點，并做出如上表示。

　　吳凱說，“儲能既涉及生命財產(chǎn)安全，又涉及電力系統(tǒng)運行安全，是一個關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，試錯成本極高，因此不能走先追求速度再追求質(zhì)量的老路，必須一開始就堅持高質(zhì)量發(fā)展。”

　　在經(jīng)歷過初創(chuàng)期的突飛猛進(jìn)之后，儲能已經(jīng)蓄積了一定的市場規(guī)模，行業(yè)已經(jīng)到達(dá)了一個新的平臺期，市場發(fā)展初期積累的一些問題也開始逐步顯現(xiàn)。起火事件無疑給整個產(chǎn)業(yè)敲響了警鐘，安全成為行業(yè)必須著手解決的問題。

　?、?制定行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)

　　目前，行業(yè)處于大規(guī)模應(yīng)用的初期，儲能電池性能指標(biāo)模糊、規(guī)劃設(shè)計簡單、儲能火災(zāi)消防還欠缺研究和技術(shù)支撐，電化學(xué)儲能電站的性能及安全還存在很多關(guān)鍵問題亟待解決。業(yè)界迫切需要建立健全的儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測認(rèn)證體系為電站質(zhì)量“保駕護航”。

　　在2019年，標(biāo)準(zhǔn)滯后是當(dāng)時行業(yè)面臨的現(xiàn)實問題，與電動汽車行業(yè)100多項的國家標(biāo)準(zhǔn)相比，儲能行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)還不到20項。很多工作的開展依舊沒有規(guī)范可循，也沒有相應(yīng)的安全制度與監(jiān)管。

　　據(jù)國家能源部門消息，隨著儲能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期，社會關(guān)于儲能安全的關(guān)注和討論越來越多，一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的起草和制定也在醞釀和籌劃之中。盡快引導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)邁向健康安全可持續(xù)的發(fā)展之路，已成為全社會各界共同期望的目標(biāo)。

　　2023 年 2 月 22 日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家能源局發(fā)布《新型儲能標(biāo)準(zhǔn)體系 建設(shè)指南》的通知，總共要制定和修訂 205 項新型儲能標(biāo)準(zhǔn)，體系框架分為基礎(chǔ)通用、 規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備試驗、施工驗收、并網(wǎng)運行、檢修監(jiān)測、運行維護、安全應(yīng)急八個方面。此外，還提出 2023 年制修訂 100 項以上新型儲能重點標(biāo)準(zhǔn)，到 2025 年，對標(biāo)國際先進(jìn)水平的新型儲能標(biāo)準(zhǔn)體系，旨在建立適應(yīng)我國國情并與國際接軌的新型儲能標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　國家標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺

　　2021年7月發(fā)改委、能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出到2025年，裝機規(guī)模達(dá)到30GW，新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變。

　　2021年9月出臺《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程(征求意見稿)》，要求儲能消防融入視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)定系統(tǒng)性解決方案，更加精細(xì)化及科技化，并規(guī)定了儲能電站設(shè)備安全技術(shù)要求、運行、維護、檢修、試驗等方面的安全要求。

　　2022年2月發(fā)布《“十四五”國家消防工作規(guī)劃》，提出要圍繞新型儲能設(shè)施，加強消防設(shè)計，加強源頭管理。各政策對儲能電站建設(shè)、管理提出細(xì)節(jié)化要求;引導(dǎo)配套儲能消防設(shè)建設(shè)，提高儲能電站運營安全程度;提出2025目標(biāo)裝機規(guī)模和降本增效目標(biāo)，政策指引儲能市場發(fā)展。

　　2022年2月10日國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，相較于2021年7月發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，新政策細(xì)化了儲能安全標(biāo)準(zhǔn)體系的具體覆蓋內(nèi)容，如：加快制定消防滅火標(biāo)準(zhǔn)，明確了儲能安全技術(shù)突破方向，如突破電化學(xué)系統(tǒng)安全預(yù)警、高效滅火技術(shù)等等，為儲能大規(guī)模裝機及穩(wěn)定安全運行創(chuàng)造有利條件。

　　2022年4月國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會印發(fā)《“十四五”國家安全生產(chǎn)規(guī)劃》中強調(diào)健全電動汽車、電動自行車儲能等新材料新設(shè)備新業(yè)態(tài)火災(zāi)風(fēng)險預(yù)估預(yù)判機制，優(yōu)化落實本質(zhì)安全措施。嚴(yán)密防控電化學(xué)儲能站等新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)安全風(fēng)險。

　　2022年4月國家能源局綜合司發(fā)布的《國家能源局綜合司關(guān)于加強電化學(xué)儲能電站安全管理的通知》中將項目法人列為安全運行責(zé)任主體，從規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選型、施工驗收、并網(wǎng)驗收、運行維護、應(yīng)急消防處置能力提出安全管理要求。

　　2022年10月陸續(xù)實施的《電化學(xué)儲能電站安全技術(shù)要求》，其中在電池管理系統(tǒng)的安全要求中硬性規(guī)定：一個電池柜至少布置2個氣體信號采集點，也就是說至少有兩個氣體傳感器模塊參與安全預(yù)警工作。

　　隨著多項涉及儲能消防安全的相關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)落地實施，可以預(yù)見儲能裝機規(guī)模將快速增加，新標(biāo)準(zhǔn)下儲能消防的重要性不斷突顯，儲能消防投入占比有望進(jìn)一步提升。

　　Ⅲ 氣體檢測成為重點

　　為什么近幾年的新規(guī)標(biāo)準(zhǔn)都加強了對儲能氣體檢測的要求?因為集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體，將鋰離子電池、電池管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和配電系統(tǒng)集成在集裝箱內(nèi)，以實現(xiàn)高集成度、大容量和可移動的儲能裝置。

　　而鋰離子電池能量密度高，其電解液的溶劑通常為有機碳酸酯類化合物，具有閃點低、化學(xué)活性高和極易燃燒的特點。即使在集裝箱設(shè)計中考慮了防護措施，仍很難避免由于鋰電池過充電、過放電、短路和機械性破壞時所導(dǎo)致的儲能電池內(nèi)部熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致爆炸、燃燒等連鎖反應(yīng)。

　　由于集裝箱內(nèi)的鋰離子電池采用集成化設(shè)計，當(dāng)某一組鋰電池發(fā)生熱失控后，會對周圍的電池產(chǎn)生強烈的熱沖擊，造成熱失控蔓延，同時生成大量烷烴類可燃?xì)怏w，可能發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)甚至爆炸事故。

▲鋰離子電池?zé)崾Э剡^程分析

　　安全儲能，一直是儲能站建設(shè)中需要考慮的重要因素，其中電池倉位熱失控是導(dǎo)致安全事故的主要原因。各儲能站電池倉迫切需要一種監(jiān)測設(shè)備，實時自動采集儲能站內(nèi)鋰電池的安全狀態(tài)，在鋰電池?zé)崾Э厍盎蛑蠹皶r、準(zhǔn)確地監(jiān)測氣體及溫度變化并發(fā)出預(yù)警，使管理者有充分的時間采取相應(yīng)的措施，避免停電事故和火災(zāi)發(fā)生擴大等。

▲儲能集裝箱結(jié)構(gòu)及復(fù)合型氣體探測器

　　研究表明，氣體相對于溫度、電壓、爬電距離等參數(shù)具有更短的響應(yīng)時間。因此，通過產(chǎn)氣現(xiàn)象早期監(jiān)測鋰離子電池?zé)崾Э鼐哂兄匾囊豁棸踩A(yù)警措施。

　　慧聞科技BSP系列的儲能安全監(jiān)測模組是儲能系統(tǒng)安全檢測的重要保障手段，將給儲能站的安全運行和維護帶來極大的方便，為鋰電池儲能站安全運行提供可靠保障，真正地做到防患于未燃，符合儲能行業(yè)“安全第一，預(yù)防為主”的安全思想。

　　同時針對集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)消防滅火的特點和技術(shù)需求，從消防安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、新型消防技術(shù)及裝置研發(fā)和火災(zāi)早期探測預(yù)警裝置研發(fā)等方面開展系統(tǒng)研究。建立系統(tǒng)、科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系及測試規(guī)范，開發(fā)有針對性的鋰離子電池儲能系統(tǒng)消防滅火技術(shù)。提升集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)的安全性，促進(jìn)集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)中的規(guī)?；瘧?yīng)用。