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“三道防線”保障儲能行業(yè)行穩(wěn)致遠

2024-09-23 11:36:13來源:科技日報  

近年來,在“雙碳”目標引領(lǐng)下,我國儲能產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展快車道,在建及投運的儲能裝機規(guī)模保持高速增長態(tài)勢。根據(jù)CNESA DataLink全球儲能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計,截至2024年6月底,我國新型儲能累計裝機首次超過百吉瓦時。

儲能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時,儲能安全問題日益成為人們關(guān)注的焦點。近日,在第四屆國際儲能安全研討會上,專家學(xué)者圍繞儲能安全話題進行交流,共同探討保障儲能安全的創(chuàng)新路徑。

事關(guān)能源系統(tǒng)穩(wěn)定運行

新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成和實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵載體。國家能源局組織有關(guān)單位編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》提到,新型電力系統(tǒng)以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù),以源網(wǎng)荷儲多向協(xié)同、靈活互動為堅強支撐。

儲能技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要一環(huán)。研討會上,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授孫金華介紹,太陽能、風(fēng)能等新能源最大的特性是間歇性、隨機性、波動性。這些特性增加了電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度,制約新能源高效利用。儲能技術(shù)則通過發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,提升新能源可調(diào)可控能力,滿足系統(tǒng)電力供應(yīng)保障和大規(guī)模新能源消納需求。這有利于提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平,推動新能源成為發(fā)電量增量主體。

我國高度重視儲能技術(shù)發(fā)展。今年7月,國家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合印發(fā)的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案(2024—2027年)》提出,圍繞不同應(yīng)用場景對爬坡速率、容量、長時間尺度調(diào)節(jié)及經(jīng)濟性、安全性的需求,探索建設(shè)一批液流電池、飛輪、壓縮空氣儲能、重力儲能、二氧化碳儲能、液態(tài)空氣儲能、鈉離子電池、鉛炭電池等多種技術(shù)路線的儲能電站。

“作為推動能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)綠色低碳目標的重要技術(shù),儲能的安全性與可靠性直接關(guān)系到能源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和可持續(xù)發(fā)展。”中國能源研究會副理事長兼秘書長孫正運說,儲能設(shè)施的安全穩(wěn)定運行,不僅關(guān)系能源系統(tǒng)整體安全,更直接影響人民群眾生命財產(chǎn)安全。

敲響電站安全管理警鐘

從技術(shù)角度看,我國電力儲能項目大多采用磷酸鐵鋰電池。孫金華認為,正常情況下,儲能電池的安全有保障,單體電池的失效概率已經(jīng)非常低,熱失控風(fēng)險也較低。

但是,這并不代表絕對安全。孫金華解釋,以鋰離子電池為例,它由正極材料、負極材料、電解液、電解質(zhì)及隔膜等組成。電解液和隔膜材料都是有機可燃劑,它們不僅可能與空氣中的氧氣發(fā)生接觸,而且在高溫條件下,電池內(nèi)部的金屬氧化物會發(fā)生分解,進一步釋放出氧氣。此外,電池材料的分解以及材料間的相互作用會產(chǎn)生熱量。因此,對鋰離子電池存在的安全隱患要提高警惕。

“大型儲能電站由幾萬或十幾萬個儲能電池通過串并聯(lián)方式組成。電池組成系統(tǒng)后,電池自身熱失控累積概率會增加。”孫金華說,此外,儲能電站還存在電氣故障等隱患。這些因素導(dǎo)致儲能電站發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險上升。

與會專家學(xué)者普遍認為,隨著儲能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展步伐加快,儲能的安全建設(shè)和運行壓力日益加大。一方面,儲能系統(tǒng)復(fù)雜性增加,對安全管理提出新要求;另一方面,隨著儲能規(guī)模的擴大和應(yīng)用場景的拓展,新安全風(fēng)險也相應(yīng)增長。近年來,世界多地發(fā)生的電化學(xué)儲能電站火災(zāi)事故給儲能行業(yè)敲響警鐘。

孫金華介紹,據(jù)公開報道,從2022年1月到2023年9月,全球7000余座儲能電站發(fā)生火災(zāi)46起。從2017年8月到2019年5月,韓國1000余座電化學(xué)儲能電站發(fā)生火災(zāi)23起;從2023年1月到9月,美國共發(fā)生6起儲能電站火災(zāi)。“安全已成為制約電化學(xué)儲能行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。”孫金華說。

加強預(yù)警監(jiān)測技術(shù)研發(fā)

安全有序是儲能產(chǎn)業(yè)行穩(wěn)致遠的基石。近年來,我國不斷加強儲能電站安全監(jiān)督管理。國家能源局發(fā)布《關(guān)于加強發(fā)電側(cè)電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站安全運行風(fēng)險監(jiān)測的通知》等文件,對新型儲能規(guī)劃設(shè)計、施工驗收等全過程提出安全管理要求。國家市場監(jiān)督管理總局批準發(fā)布《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》等儲能安全相關(guān)國家標準。

在孫金華看來,保障儲能電站安全,要筑牢“三道防線”。

本體安全是第一道防線。“應(yīng)從電池材料、全電池體系設(shè)計及工藝等方面提升電池安全性,降低事故發(fā)生概率。”孫金華說。

過程安全是第二道防線。“電池組成系統(tǒng)后,要進行故障隱患的極早期預(yù)測、預(yù)警和處置,將事故扼殺在萌芽狀態(tài)。”孫金華說,目前學(xué)界已有相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新成果,如光纖原位檢測技術(shù)等。

消防安全是第三道防線。“如果第一道和第二道防線都被突破了,就務(wù)必要確保在著火瞬間能監(jiān)測到火情并報警,與消防部門聯(lián)動,及時撲滅火災(zāi),做到‘小火不成大災(zāi)’。”孫金華說。

他還提醒,電化學(xué)儲能電池引發(fā)的火災(zāi)和建筑火災(zāi)、工業(yè)火災(zāi)特性完全不同,用于建筑火災(zāi)的探測報警及滅火技術(shù)未必適用于儲能系統(tǒng),必須要發(fā)展基于儲能系統(tǒng)火災(zāi)特性的安全防控技術(shù),如多參數(shù)融合的熱失控預(yù)警和火災(zāi)報警技術(shù)、高效滅火抗復(fù)燃技術(shù)等。

記者在研討會上了解到,近年來,多個機構(gòu)在儲能電站消防安全技術(shù)研究方面已取得成效。例如,應(yīng)急管理部天津消防研究所組建了獨具特色的鋰電池火災(zāi)調(diào)查團隊、鋰電池火災(zāi)抑制研究團隊、儲能火災(zāi)安全分級與評價研究團隊、儲能滅火裝置有效性研究團隊等。

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