随着新型电力系统的快速发展和大量电化学储能电站的投运,新型储能在其中的作用日益凸显,但其安全问题也随之显现。据不完全统计,在过去五年期间,全球范围内发生了数十起储能电站起火或爆炸事故,如何保障储能电站的安全,成为行业关注的焦点。
2024年9月,宁德时代曾毓群在接受采访时表示,储能设备的复杂程度堪比一架波音787飞机。由此可见,储能电站是一个复杂的系统性工程,任何一个环节的小问题,都可能产生“蝴蝶效应”,因此保障储能电站安全,要筑牢“三道防线”,即本征安全、被动安全、主动安全。
图:本征安全-主动安全-被动安全说明图
本征安全是保障储能电站安全的第一道防线,即设计之初就在电池制造方面提升电池安全性,从源头降低事故发生概率。
锂电池的安全和寿命问题一直是研究的热点,但目前储能锂电池系统内部一旦某个电池出现热失控,很容易引起电池系统的整体失控。在中国电科院首席专家惠东看来:理论上讲,磷酸铁锂也不是绝对安全,只是相对安全。目前看到的储能电站的安全事故,往往是在预警缺失或滞后的情况下发生的,加之现有消防措施并非针对火灾配置,最终演变为严重事故。
本征安全并不代表绝对安全。对于储能电站来说,材料体系的安全只是安全保障中重要一环,并不能保证在结构设计、系统集成以及最后运营环节的全链条安全。
被动安全是保障储能电站安全的第三道防线,也是最后一道防线,目前,绝大多数的被动安全为安装探测器装置-消防报警-灭火喷淋。
消防灭火具有一定的作用,但采取消防措施并不意味能完全消除火灾风险。美国Gateway储能电站大火持续六天,也采取了消防措施,但仍多次出现复燃现象。在第十二届中国国际储能大会上,诸多消防业内人士表示储能电站火灾一旦蔓延,灭火难度极高。应急管理部天津消防研究所第四研究室副主任卓萍接受媒体采访时曾表示:锂电池化学反应机制复杂,同样一种灭火系统针对不同类型的储能电站,大小变了,系统结构不同,不一定能够消除火灾,灭火技术的有效性、针对性还有待探讨。
图:锂电池火灾
主动安全是本征安全和被动安全的中间环节,根据实时运行数据进行在线状态监测,对储能系统的安全隐患和早期故障进行识别和预警,继而通过有针对性的维护措施把可能造成严重事故的风险因素“扼杀”在摇篮里。
2023年11月7日,国家能源局印发《国家能源局综合司关于加强发电侧电网侧电化学储能电站安全运行风险监测的通知》(国能综通安全〔2023〕131号)(以下简称《通知》),明确提出要增强运行风险监测及分析预警能力,为储能安全的保障提供了新的方向。
目前,国内对储能电站安全防控主要聚焦于设计建设、电池本体安全阶段和热失控发生后的消防应急处理阶段,对于运行阶段的安全监测关注不足。现行的储能BMS系统更多实现了数据的采集和监测,然而计算能力和存储空间有限,不能实现系统层的故障识别,缺乏对电池安全阈值参数进行自适应调整的能力,难以支撑储能电池实时在线分析和预警,如何更好地发挥储能海量数据价值成为了重要命题。除“监测”之外,“预警”更加考验储能数字化平台在电池状态评估、早期故障诊断等方面的能力,模型算法的准确研判、海量数据的实时处理成为了储能数字化平台的核心价值。
图:储能电站三级防控体系
针对储能电站存在的问题,行业内已经意识到运行阶段安全监测的重要性。西清能源深耕储能主动安全六年来,以大数据分析为技术路线,首创储能电站三级防控体系,从风险源识别、到电池故障监测、到电池热失控预警,层层降低事故风险。构建“预警-控制-运维”闭环防控体系,基于评估预警信息提供智能运维策略及时排除安全风险源,通过热失控早期抑制降低严重事故风险。采用100%自主研发的储能电池状态评估、早期故障诊断、风险预警等大数据算法,结合海量实时运行数据对储能电池系统进行在线状态监测,对储能系统的安全隐患和早期故障进行识别和预警,继而通过有针对性的维护措施把可能造成严重事故的风险因素“扼杀”在摇篮里。
此安全技术可通过实时在线风险监测或离线数据分析监测的方式,为储能电站进行“体检”,提早发现储能电站存在的异常问题并进行提前预警,避免非计划停运和更严重的储能安全事故发生。
通过对储能安全的三个阶段进行梳理可知,本征安全只能保证单体电池的安全,并不能保证系统安全,仍需加紧研究“更安全”的电池;被动安全是在热失控已经发生的情况采取消防措施,此时损失已经发生,且无法确保不再复燃,研发出更有效的灭火材料是被动安全的研究重点;主动安全监测及预警在运行过程中进行实时“体检”,能够有效弥补本征安全和被动安全的空白,极大程度的避免安全事故的发生,真正地做到防患于未“燃”。
目前,西清能源自主研发的基于大数据分析的储能电站运行安全风险监测及评价技术已在北京、山东、江苏、内蒙古、重庆等多地大型储能电站获得实际工程应用,在运工程累计覆盖储能装机容量超过3.5GWh,单站最大容量超过600MWh。西清能源将本着至善原则,持续深耕电化学储能安全风险监测领域,用创新数字技术助力储能产业发展,为储能安全保驾护航。