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儲能電站安全思考

2022-09-26 09:08  來源: 國際能源網(wǎng)  瀏覽:  

9月20日凌晨,位于美國加州蒙特雷(Monterey)太平洋瓦電(PG&E)公司的一個變電站起火,起火原因是由變電站中的特斯拉Megapack巨型電池儲能設(shè)備造成的。

據(jù)國際能源網(wǎng)/儲能頭條了解,該儲能設(shè)施容納 256個特斯拉Megapack電池單元,每個單元都將電池和PCS設(shè)備集成在一個柜子里,通過變壓器和開關(guān)設(shè)備連接到115kV輸電系統(tǒng),并且能夠存儲高達(dá)730 兆瓦時的能量。

目前沒有現(xiàn)場人員受傷。

這不是特斯拉 Megapack 第一次著火了。

2021年,一臺特斯拉 Megapack 在澳大利亞的另一個大型電池項(xiàng)目中起火,大火燒了整整一周都沒滅。

不僅是特斯拉。

2021年4月,北京豐臺一儲能電站發(fā)生火災(zāi),消防隊(duì)在對電站南區(qū)進(jìn)行處置過程中,電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸,導(dǎo)致2名消防員犧牲,1名消防員受傷(傷情穩(wěn)定),電站內(nèi)1名員工失聯(lián)。

2021年4月6日,韓國一光伏電站儲能系統(tǒng)(ESS)起火,燒毀面積達(dá)22平方米,共造成約4.4億韓元損失(約合人民幣258萬元)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近3年內(nèi),全球范圍內(nèi)的儲能項(xiàng)目發(fā)生爆炸和火災(zāi)事故多達(dá)26起。這些儲能事故也嚴(yán)厲拷問著儲能市場。儲能電站安全事故為什么頻頻發(fā)生?主要原因有哪些? 如何才能解決隱憂,保障儲能電站的運(yùn)行安全?

儲能電池電站為什么會起火?

這是電池本身的材料、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能決定的。

化學(xué)課教過燃燒的三要素:還原劑、氧化劑和熱量。

在電池的內(nèi)部,還原劑和氧化劑都擠在一起,一旦電池過充或者短路,給一點(diǎn)熱量,高溫高壓的環(huán)境下,周圍的電芯很可能會跟著一起起火。一顆接著一顆,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一發(fā)不可收拾。

而儲能電站里的電池,危險性比電動汽車上還要高。

首先,儲能電站的電池集中存放,更容易引發(fā)連鎖反應(yīng)。儲能電站的規(guī)模一般都比較大,2021年北京豐臺發(fā)生事故的光儲充電站,容量25MWH,也就是25000度電,同時供應(yīng)著94根150kw的快充樁使用。這大概相當(dāng)于把五千臺普通的電動汽車的電池放到一起。

而澳洲那個整整燒了一周的特斯拉儲能項(xiàng)目,總規(guī)模甚至達(dá)到了450MWh,單個起火的儲能包容量就有3MWH,足足有13噸重。

其次,電芯的質(zhì)量參差不齊。為了降低成本,有些儲能電站會使用電動汽車的退役動力電池。電動汽車雖然不能用了,但還可以作為儲能繼續(xù)使用。這有點(diǎn)像某電池的廣告;“別扔,還能用呢”。遙控車上用完了,遙控器還能繼續(xù)用。也就是把退役的電池拆開,放到儲能電站里繼續(xù)用。其實(shí),電池不怕舊也不怕新,怕就怕新舊不一,也就是所謂的電芯一致性差。遙控器上兩節(jié)干電池不算什么,但儲能電站里少則幾百個,多則上萬個電芯大規(guī)模使用起來,問題就完全不一樣了。

這樣的儲能電站運(yùn)行起來就好比蒙眼開車,全憑運(yùn)氣。一旦發(fā)生過充,很容易發(fā)生短路,再嚴(yán)重一些就是起火。

最后,儲能管理系統(tǒng)負(fù)荷過重。電動汽車行業(yè)有100多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn),裝在車上的車規(guī)級BMS都是非常嚴(yán)密的。但在儲能行業(yè),國家標(biāo)準(zhǔn)還不到20項(xiàng),且其消防安全國標(biāo)至今不存在。為了降低成本,用的器件可能更便宜,最后還得全年無休、不間斷進(jìn)行充放電工作,所以儲能電站的管理系統(tǒng)和各種功率元器件,負(fù)荷很高。

總結(jié)來說,儲能電站的危險性主要來源于三個方面,大規(guī)模的電池存放,退役電池的一致性和管理系統(tǒng)的可靠性。

除此之外,還有一些其他誘因,例如工藝、材料、應(yīng)用方式、預(yù)警監(jiān)控消防系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境、安全管理等因素都可能造成事故的發(fā)生。

如何解決儲能安全問題

近年來,為促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)低碳綠色發(fā)展,儲能產(chǎn)業(yè)越來越受到資本市場的關(guān)注,也成為了備受國家支持的重點(diǎn)領(lǐng)域。

除了特斯拉外,比亞迪、寧德時代、國軒高科、贛鋒鋰業(yè)等公司也相繼布局了鋰電池儲能板塊。汽車行業(yè)專家曹廣平表示,對于這些涉足鋰電池儲能的電動車企和動力電池公司而言,最大的挑戰(zhàn)在于如何控制電池的成本、保障產(chǎn)品的安全性以及增強(qiáng)電池的循環(huán)壽命。

這其中,安全問題一直是整個行業(yè)最為關(guān)注的事。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為:

一是不應(yīng)以犧牲安全措施為代價壓低成本。目前,國內(nèi)儲能項(xiàng)目招標(biāo)價格過低,逼近成本價,同時要求項(xiàng)目在短期內(nèi)必須上馬。低成本限制了系統(tǒng)安全措施的投入,倉促交付又會導(dǎo)致系統(tǒng)測試與驗(yàn)證期過短,無法充分論證安全性的問題。因此,在保證安全的前提下實(shí)現(xiàn)可接受的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要克服的挑戰(zhàn)。

二是要盡快推進(jìn)安全標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范的制定。在儲能標(biāo)準(zhǔn)與安全規(guī)范上,世界各國都在探索中,但目前仍沒有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系出臺。相比較之下,歐美各國在儲能應(yīng)用方面發(fā)展較早,在大量實(shí)踐數(shù)據(jù)的支撐下,海外經(jīng)驗(yàn)值得我國學(xué)習(xí)和借鑒。

三是要對儲能項(xiàng)目進(jìn)行充分的安全評估。說到底儲能項(xiàng)目是一個系統(tǒng),引發(fā)事故的往往是與電芯配套的外圍系統(tǒng),通過嚴(yán)格有效的管控、從安全角度提高準(zhǔn)入門檻,并經(jīng)過充分的安全測試與權(quán)威認(rèn)證是可以保障鋰電池儲能系統(tǒng)安全性的。

據(jù)國際能源網(wǎng)/儲能頭條了解,2022年2月開始實(shí)施的《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,儲能系統(tǒng)并網(wǎng)測試共有13項(xiàng)試驗(yàn),包括了電能質(zhì)量、功率控制、電網(wǎng)適應(yīng)性、保護(hù)和安全自動裝置、通信與自動化等。

對于電力系統(tǒng)來說,電池儲能仍是新生事物。如何安全地使用好儲能,是這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提,需要全行業(yè),也需要多部門、多體系共同來協(xié)作。




責(zé)任編輯: 李穎
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