文丨中國能源網
作者丨陳滿 南方電網儲能股份有限公司儲能科研院院長
實現「雙碳」目標，能源是「主戰場」，電力是「主力軍」，推進建設新型電力系統是電網發展的必然選擇。《南方電網公司建設新型電力系統行動方案（2021-2030年）白皮書》提出，2030年前，基本建成新型電力系統；2060年前，新型電力系統全面建成。新型電力系統的顯著特徵是風光新能源在電源結構中占據主導地位，預計2030年新能源發電量將占比25%，2060年占比60%，風光新能源的波動性、間歇性、隨機性和反調峰特性將導致電力系統面臨着可靠供電和安全穩定運行的新挑戰。為了滿足新型電力系統建設需要，緩解大量新能源接入對電網的影響，國家能源局2021年發布的《抽水蓄《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035年）》提出，到2030年，風光發電總裝機規模將大12億千瓦以上，需要建成抽水蓄能1.2億千瓦左右，但同時也指出，我國建設條件好、制約因素少的資源啊儲備不足。因此，快速發展的新型儲能也得到了國家能源局的高度重視，國務院2021年印發的《2030年前碳達峰行動方案》提出，到2025年新型儲能裝機容量達到3000萬千瓦以上。與此同時，南方電網規劃將於2030年前建成新型儲能4000萬千瓦。新型儲能迎來了加快發展的機遇。新型儲能是指除抽水蓄能以外的其他新型的電化學儲能、物理儲能和電磁儲能技術。截至2021年底，中國新型儲能裝機2.4GW，占儲能裝機總容量的12.5%，其中鋰離子儲能占新型儲能的89.7%，是當前發展最快速、應用最廣泛、相對成熟的新型儲能技術路線。然而，鋰離子電池儲能電站火災爆炸安全事故時有發生，已成為制約電池儲能規模化發展的主要障礙。據不完全統計，從2011年至2021年，全球儲能安全事故共發生50餘起，其中事故起數排名前4位的是：韓國30餘起、美國10餘起、中國4起、澳大利亞3起。鋰離子電池儲能安全問題是世界性難題，也成為建設新型電力系統安全難題。通過對這50餘起儲能事故分析發現，造成事故的主要因素有以下幾點：鋰離子電池熱失控。儲能電池單體因質量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致鋰離子電池內短路，引發電池熱失控起火，在熱濫用的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發生爆炸。儲能系統電路故障。儲能系統內載流母排、導線、電路板、信號線因質量缺陷、構件間相互影響、外部導電液體進入等因素導致電氣絕緣失效、短路等故障，引發局部高溫，引燃周圍可燃物或者引發電池熱失控導致起火。系統運行監測、控制及防護不足。儲能系統熱管理設計及冷卻管理策略不當，並對系統溫度、電流、電壓、絕緣等監測分析不足，出現異常時未能及時預/報警，並採取合適的防護措施，滅火防爆技術未能有效發揮作用，導致事故發生擴大。運維管理不足。缺乏根據儲能系統運行特性、策略、規律等制定的運維規程，未制定合理的檢修策略，未能及時發現和消除設備隱患，最終導致事故發生。針對新型儲能安全發展中存在的問題，建議從儲能本質安全、消防安全、儲能安全評價及儲能安全監測管理等幾個維度實施改進：由於廣泛應用的鋰電池採用可燃有機物作為電解液，存在燃燒、爆炸等安全風險，亟需發展本質安全的儲能技術。加大電池新材料體系研究，布局長壽命、高安全、低成本的儲能本體技術研究；加大鐵鉻液流電池、鈉離子電池、固態鋰電池等本質安全的儲能本體技術研究，進一步提升技術經濟性；開展兆瓦級至百兆瓦級本質安全的先進儲能系統集成技術研究，加速規模化示範驗證與推廣應用。針對電化學儲能系統規模化應用面臨的安全問題，開展鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術研究。揭示不同裝置層級電池熱失控觸發機理及動態擴散演變機制，發展熱失控阻隔技術和致災危害綜合評價技術；深入研究電池傳感技術，發展電池狀態檢測技術，實現多維感知融合的全壽命周期電池儲能狀態監測預警；加大消防安全技術研發力度，開發滅火抑爆、應急處置與救援等消防安全裝備；加快推進電池儲能系統集成技術研究及示範，形成主被動安全技術協同的電池儲能系統集成方案。建立健全儲能電站從設計、建設到運維的全過程安全標準體系，以及儲能裝備安全評價與認證實施規則。圍繞儲能電站的布置、火災探測、滅火、防排煙與應急救援等需求，完善儲能電站安全設計標準；完善電池儲能系統施工、調試及試驗等安全規範與操作要求，保障人員人身安全；加大儲能安全評價、應急管理與消防救援標準、消防監督管理標準、儲能電站用滅火系統試驗方法等標準研究，為電站消防安全提供指導。加強電化學儲能電站安全技術監督和管理工作，遏制電化學儲能電站安全事故發生。建立雲邊協同的儲能電站安全技術監督平台，利用信息化手段實現儲能電站安全狀態實時監測、事故極早期預警；加強儲能電站設計、施工、運維及試驗等相關從業人員安全技能培訓，確保熟悉電站電池熱失控、火災特性，掌握消防設施及器材操作規程和應急處置流程；加強儲能電站消防安全應急演練與聯動，定期組織開展電解液泄漏處置、電池熱失控、火災等應急演練，建立與政府有關部門建立消防救援聯動機制。安全是新型電力系統的建設的基石。隨着安全技術研發及安全管理力度的加強，新型儲能技術安全問題終將被突破，新型電力系統的安全穩定基礎將得到進一步夯實，有力促進「雙碳」目標實現。
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