电化学储能本质安全成为关注重点

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近年来，我国新能源装机占比不断提升，新型储能行业高速发展。据中关村储能产业技术联盟数据，截至2021年底，我国已投运储能项目累计装机规模46.1吉瓦，抽水蓄能占86.3%，电化学储能占12.1%。在电化学储能中，锂离子电池的累计装机规模最大，约为5.1吉瓦，约占92%。

电化学储能以效率高、响应快、建设周期短、技术适应性强等优势，近年来发展迅猛。但与此同时，电化学储能电站运营不规范、安全管理不到位、预警处置能力不足等问题，已成为当前制约储能高质量发展的痛点和难点。

“目前来看，锂电池占据了主流，在电化学领域，锂电池本身的自我革命、自我创新也仍然还有很大的空间。”工信部电子信息司基础处处长金磊表示。

记者梳理发现，据不完全统计，2011年—2021年，全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。其中，25起事故储能电站采用的是三元锂离子电池；21起事故起火爆炸时段发生在充电中或充电后休止中。

电池是由正极材料、负极材料、电解液、隔膜等物质组成的，正常情况下通过一系列氧化还原反应释放能量。但电池中隔膜、电解液属于可燃物，一旦发生短路，内部可燃物容易升温、失控并最终着火。

“目前广泛使用的液态电解质锂离子电池具有可燃烧性的问题，在较高温度下会发生热化学反应，进而触发一系列的热失控现象，导致电池在多种应用场景下出现事故。”中科院物理所研究员李泓表示，高温环境导致的热失控现象成为电化学储能安全存在隐患的主要“元凶”。

业内专家普遍认为，目前锂离子电池的安全问题主要来自电池内部，锂离子电池内部使用的液态电解质更加易燃，更易触发热失控。发生热失控的电池会在极短的时间内释放出大量的热量和大量的氢气、一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体，除发生火灾外，严重的甚至引发电池的射流火和爆炸现象。

2022年6月，国家能源局综合司发布关于征求《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》意见的函，其中在防止电化学储能电站火灾事故的要求中提到，中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。

专家表示，若能将液态电解质电池替代为混合固液电解质或全固态电池，可显著提高电池的安全性边界，使其具有更高的安全性和能量密度。

“固态电池高温稳定性显著提高，不容易发生热失控，这些优点使得电池具有‘本质安全’的特性，可以把电池的容量尺寸做得更大，允许更高温度运行。同时，电池将具有较长的循环寿命，从而提高产品的性能和生产效能，显著降低电池的成本。”李泓指出。

全流程安全是努力方向

“公开的事故调查报告也表明，储能安全涉及建设运行的整个周期，除了关注储能电池本身的安全之外，还需要从电气安全、系统集成、监控、事故预警、灭火和应急措施等不同层面加以改进。”中国能源研究会储能专委会主任、中关村储能产业技术联盟理事长、中科院工程热物理所研究员陈海生指出。

据了解，电化学储能安全保障涉及三道防线。除第一道防线储能电池的本质安全外，还包括第二道防线储能电池在使用过程中的预警防护，以及第三道防线触发火灾或者爆炸时的应急处置。

“在过程安全方面，我们要发展故障诊断技术，目的就是要把事故在隐患状态或者苗头状态就找出来进行及时处置，从而不让它发生事故。”孙金华比喻，电池就像人一样，生病需要及时诊断治疗，避免酿成大病。

“储能系统复杂度高，并非储能变流器与电池的简单拼凑，安全防控需在深刻理解失效机理与演变机制的基础上，进行系统设计。”谈及储能电池安全防控设计，宁德时代新能源科技公司系统安全总工陈小波表示，储能系统安全应以“抑制失控、控制灾害”为设计指引，通过构建集电—热耦合防护设计，失控智能预警、失控阻隔、烟气泄漏与燃爆控制、灾害隔离与消防为一体的多级安全防控体系，开展产业化应用。

国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中多次强调储能安全，提出建立安全技术标准及管理体系、强化电化学储能安全技术研究、完善消防安全管理等路径措施，为夯实新型储能安全基础指明方向。

与此同时，规范行业标准也在业内引发广泛关注。

记者了解到，今年有关机构对标准体系进行了进一步修订，重点是对储能电池相关标准的细化。

“现在标准正在建议阶段，因为储能正处于爆发期，一些标准还不成熟，可能还要靠发展来解决发展的问题。”中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司储能技术部主任刘明义认为。

国家电网调度中心教授级高工、中国能源研究会储能专委会副主任委员裴哲义认为，从储能电站系统设计到运输过程、现场安装、并网调试以及运行等各个环节的标准，包括标准化操作、标准化运维等都要加以考虑。

值得关注的是，现阶段，全国多地已出台新型储能建设相关政策标准。据北京市城市管理委员会电力煤炭处处长郭连启介绍，今年，北京市已经出台了《新型储能监督管理职责划分（暂行）》，进一步明确了政府各相关部门的职责，北京市城市管理委员会作为统筹部门，全面负责新型储能项目建设运行监管工作。着重夯实安全监管、标准规范、应急管理和科技支撑，从强化项目建设管理、建立应急处置工作体系，实施关键技术装备研发和技术攻关等多方面强化监管体系建设，助力实现新型储能电站的全链条、多维度、多部门结合安全监管，逐步推动新型储能安全发展。

10月9日，国家能源局发布《能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划》，提出加快完善新型储能技术标准，根据新能源发电并网配置和源网荷储一体化需要，抓紧建立涵盖新型储能项目建设、生产运行全流程以及安全环保、技术管理等专业技术内容的标准体系。细化储能电站接入电网和应用场景类型，完善接入电网系统的安全设计、测试验收等标准。加快推动储能用锂电池安全、储能电站安全等新型储能安全强制性国家标准制定。

陈海生认为，在储能安全方面，一方面要继续研发更加高效、安全的储能技术。另一方面，要尽快完善储能产品的标准和检测的认证体系。建立完善储能规划设计、设备及实验各环节的标准体系，完善储能产品的性能安全性等检测认证的标准，建立国家级的检测认证机构，加强和完善储能产品的全生命周期的质量监管等。