储能电站安全事故分析及相关建议 蒙文川等
发表时间：2024-05-28 18:37:06 来源：云开官方入口下载
近年来，国内外电化学储能电站安全事故时有发生，安全问题一直是储能行业发展面临的难题之一。4月16日，北京一座储能电站发生起火和爆炸，造成人员受伤或死亡，储能电站安全问题再度引发广泛关注。总结储能电站安全事故并分析其原因，对于推动储能行业科学安全发展具备极其重大意义。
今年4月16日中午，北京集美大红门25MWh直流光储充一体化电站发生火灾，随后电站北区在丝毫没有征兆的情况下突发爆炸，导致2名消防员牺牲。该站为北京国轩福威斯光储充技术有限公司25MWh直流光储充一体化电站项目，于2019年3月投运，包括1.4MWh的屋顶光伏94个车位的单枪150千瓦大功率直流快速充电桩，以及25MWh的磷酸铁锂电池储能。该项目是北京市中心规模最大的商业用户侧储能电站，也是北京市最大的光储充示范项目工程。
此次事故是国内首次有官方信息披露的造成人员死亡的储能电站安全事故。此次事故过程符合锂离子电池发生热失控的典型特征，但究竟是何原因引发了热失控，目前信息仍有限，尚不能下定论。
自2017年以来，国外已陆续发生30多起储能电站起火事故，电化学储能的安全问题引发全球广泛关注。韩国近年在可再次生产的能源证书奖励政策的激励下，电化学储能装机规模急剧增长，储能电站安全事故频繁发生。2017年8月-2019年6月，韩国共发生23起储能电站火灾事件，事故比例高达1.54%。今年4月6日，韩国又发生一起光伏电站储能系统火灾事故，原因也是储能单元内部发生热失控。
相对来说，欧美国家对储能电站的安全性准入门槛要求更高、管理更为规范和严格，储能电站事故率相比来说较低，部分储能电站已安全运作超过8年。
储能电站安全问题是系统性问题，往往由某一因素引发、多因素交互作用演化发展，最后导致储能的起火或爆炸。储能电站发生安全事故主要有以下原因：
一是储能电站事故直接诱因有电池本体故障、外部激源、运行外因和管理系统故障四类。
电池本体故障。电池本体是储能安全的核心，其诱发安全事故的来源最重要的包含电池制作的完整过程的瑕疵、电池老化等带来安全性退化，会造成电池内发生短路，并由内部短路位置的局部过热逐渐触发热失控。即使在外界强制冷却或人为密封隔离的情形下，也难以有效阻止电池的热失控。
外部激源。在外界电、热激源刺激下，电池会发生热失控反应，释放出大量高温可燃气液混合物而发生爆炸。若电池散热环境良好或配备有足够强度的过流保护设施和主动热管理措施，则可以有很大成效避免此类事故的发生。
运行外因。锂电池需要工作于各参数的安全范围，运行环境不佳将影响电池及系统的可靠性，进而演化为事故。其中，环境和温度对锂离子电池安全运作至关重要，将对电池本体安全产生重要影响。因此，一般都对储能系统的运行环境有明确要求，避免环境和温度过高。
管理系统故障。管理系统是电化学储能系统的核心控制和决策单元，对保障电池安全稳定运行有重要影响。如果锂电池储能系统缺乏内部可控的安全设计，一旦某个电池出现热失控，非常容易造成储能系统的整体失控。
二是标准不健全和管理不规范是储能电站安全事故频发的最终的原因。根据中国电科院（全国电力储能标准委员会挂靠单位）2020年4月发表的《电化学储能系统标准现状与体系架构研究》，储能行业亟需开展标准制定包括储能设备及系统术语定义、储能电站控制保护设备基本技术条件、储能电站及电池系统运行维护、储能电站运行环境要求、储能电站消防安全等方面。
一是全球电化学储能增长迅速，中美欧占主导地位。根据《储能产业研究白皮书2021》，截至2020年底，全球电化学储能累计装机1420万千瓦，同比增长49.2%，其中锂离子电池累计装机1310万千瓦，占电化学储能装机总量的92.0%。2020年，全球电化学储能新增装机470万千瓦，中国、美国和欧洲分别占全球新增投运总容量的33%、30%和23%，占主导地位。
二是我国电化学储能装机迅速增加，锂离子电池占绝对比例。截至2020年底，我国已投运的电化学储能累计装机327万千瓦，同比增长91.2%，其中锂离子电池累计装机290万千瓦，占电化学储能装机总量的88.8%；铅蓄电池、液流电池位列第二、三位，分别占10.2%和0.7%。2020年，我国新增电化学储能156万千瓦，是2019年新增容量的2.4倍，呈现迅速增加势头。
三是国家出台支持政策，“十四五”期间储能将迎来爆发式增长。国家发改委、国家能源局今年4月21日公布了《关于加快推进新型储能发展的指导意见（征求意见稿）》，提出到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3000万千瓦以上；大力推进电源侧储能项目建设、积极推动电网侧储能合理化布局、积极支持用户侧储能多元化发展。在国家政策支持下，“十四五”期间我国储能行业将迎来爆发式增长。
一是针对储能安全标准缺失方面开展标准编制。标准不健全是造成储能电站安全事故频发的重要原因，“十四五”期间储能发展提速，完善行业标准更加紧迫。建议对储能行业现有标准做系统梳理，针对当前标准体系中储能电站控制保护、储能电站安全管理、储能电站验收、调试、运行、检修等不健全的方面，组织并且开展有关标准编制工作。
二是结合电力市场建设，完善支持新型储能发展的市场机制和价格机制。长久来看，储能电站应通过参与电力市场，通过市场化机制回收投资所需成本。建议结合电力市场建设研究制定新型储能参与电力市场的机制。在电力市场建设初期，建议通过深化辅助服务补偿机制、完善峰谷电价政策等市场和价格机制，为储能电站成本疏导提供制度保障。
三是加大对新型储能技术的研发投入,推动创新成果转化。新型储能技术尚处于发展阶段，各类新型储能系统的可靠性、常规使用的寿命、制造成本等均有待突破。建议加大对新型储能技术的研发投入，开展先进储能技术示范应用，加快创新成果转化。
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