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发展安全新型储能技术 夯实新型电力系统支撑基础

作者:
来源:
中国能源网
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新型电力系统对储能的迫切需求

实现“双碳”目标,能源是“主战场”,电力是“主力军”,推进建设新型电力系统是电网发展的必然选择。《南方电网开心播播网26uuu建设新型电力系统行动方案(2021-2030年)白皮书》提出,2030年前,基本建成新型电力系统;2060年前,新型电力系统全面建成。新型电力系统的显著特征是风光新能源在电源结构中占据主导地位,预计2030年新能源发电量将占比25%,2060年占比60%,风光新能源的波动性、间歇性、随机性和反调峰特性将导致电力系统面临着可靠供电和安全稳定运行的新挑战。

为了满足新型电力系统建设需要,缓解大量新能源接入对电网的影响,国家能源局2021年发布的《抽水蓄《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》提出,到2030年,风光发电总装机规模将大12亿千瓦以上,需要建成抽水蓄能1.2亿千瓦左右,但同时也指出,我国建设条件好、制约因素少的资源啊储备不足。因此,快速发展的新型储能也得到了国家能源局的高度重视,国务院2021年印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出,到2025年新型储能装机容量达到3000万千瓦以上。与此同时,南方电网规划将于2030年前建成新型储能4000万千瓦。新型储能迎来了加快发展的机遇。

快速发展的新型储能安全形势

新型储能是指除抽水蓄能以外的其他新型的电化学储能、物理储能和电磁储能技术。截至2021年底,中国新型储能装机2.4GW,占储能装机总容量的12.5%,其中锂离子储能占新型储能的89.7%,是当前发展最快速、应用最广泛、相对成熟的新型储能技术路线。然而,锂离子电池储能电站火灾爆炸安全事故时有发生,已成为制约电池储能规模化发展的主要障碍。据不完全统计,从2011年至2021年,全球储能安全事故共发生50余起,其中事故起数排名前4位的是:韩国30余起、美国10余起、中国4起、澳大利亚3起。锂离子电池储能安全问题是世界性难题,也成为建设新型电力系统安全难题。

通过对这50余起储能事故分析发现,造成事故的主要因素有以下几点:锂离子电池热失控。储能电池单体因质量缺陷、机械损伤、受热或外部短路等导致锂离子电池内短路,引发电池热失控起火,在热滥用的作用下,整个电池模组和电池簇被点燃甚至发生爆炸。

储能系统电路故障。储能系统内载流母排、导线、电路板、信号线因质量缺陷、构件间相互影响、外部导电液体进入等因素导致电气绝缘失效、短路等故障,引发局部高温,引燃周围可燃物或者引发电池热失控导致起火。

系统运行监测、控制及防护不足。储能系统热管理设计及冷却管理策略不当,并对系统温度、电流、电压、绝缘等监测分析不足,出现异常时未能及时预/报警,并采取合适的防护措施,灭火防爆技术未能有效发挥作用,导致事故发生扩大。

运维管理不足。缺乏根据储能系统运行特性、策略、规律等制定的运维规程,未制定合理的检修策略,未能及时发现和消除设备隐患,最终导致事故发生。

提升新型储能安全的技术措施

针对新型储能安全发展中存在的问题,建议从储能本质安全、消防安全、储能安全评价及储能安全监测管理等几个维度实施改进:

(一)推进本质安全储能技术研究

由于广泛应用的锂电池采用可燃有机物作为电解液,存在燃烧、爆炸等安全风险,亟需发展本质安全的储能技术。加大电池新材料体系研究,布局长寿命、高安全、低成本的储能本体技术研究;加大铁铬液流电池、钠离子电池、固态锂电池等本质安全的储能本体技术研究,进一步提升技术经济性;开展兆瓦级至百兆瓦级本质安全的先进储能系统集成技术研究,加速规模化示范验证与推广应用。

(二)突破锂离子储能安全技术难题

针对电化学储能系统规模化应用面临的安全问题,开展锂离子电池储能系统全寿命周期应用安全技术研究。揭示不同装置层级电池热失控触发机理及动态扩散演变机制,发展热失控阻隔技术和致灾危害综合评价技术;深入研究电池传感技术,发展电池状态检测技术,实现多维感知融合的全寿命周期电池储能状态监测预警;加大消防安全技术研发力度,开发灭火抑爆、应急处置与救援等消防安全装备;加快推进电池储能系统集成技术研究及示范,形成主被动安全技术协同的电池储能系统集成方案。

(三)加强安全储能标准体系建设;

建立健全储能电站从设计、建设到运维的全过程安全标准体系,以及储能装备安全评价与认证实施规则。围绕储能电站的布置、火灾探测、灭火、防排烟与应急救援等需求,完善储能电站安全设计标准;完善电池储能系统施工、调试及试验等安全规范与操作要求,保障人员人身安全;加大储能安全评价、应急管理与消防救援标准、消防监督管理标准、储能电站用灭火系统试验方法等标准研究,为电站消防安全提供指导。

(四)加强储能安全技术监督和管理。

加强电化学储能电站安全技术监督和管理工作,遏制电化学储能电站安全事故发生。建立云边协同的储能电站安全技术监督平台,利用信息化手段实现储能电站安全状态实时监测、事故极早期预警;加强储能电站设计、施工、运维及试验等相关从业人员安全技能培训,确保熟悉电站电池热失控、火灾特性,掌握消防设施及器材操作规程和应急处置流程;加强储能电站消防安全应急演练与联动,定期组织开展电解液泄漏处置、电池热失控、火灾等应急演练,建立与政府有关部门建立消防救援联动机制。

安全是新型电力系统的建设的基石。随着安全技术研发及安全管理力度的加强,新型储能技术安全问题终将被突破,新型电力系统的安全稳定基础将得到进一步夯实,有力促进“双碳”目标实现。

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