近年來(lái)，在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)步入發(fā)展快車道，在建及投運(yùn)的儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)CNESA Datalink全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2024年6月底，我國(guó)新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)首次超過(guò)百吉瓦時(shí)。
儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，儲(chǔ)能安全問題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近日，在第四屆國(guó)際儲(chǔ)能安全研討會(huì)上，專家學(xué)者圍繞儲(chǔ)能安全話題進(jìn)行交流，共同探討保障儲(chǔ)能安全的創(chuàng)新路徑。
事關(guān)能源系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行
新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體。國(guó)家能源局組織有關(guān)單位編制的《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》提到，新型電力系統(tǒng)以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)多向協(xié)同、靈活互動(dòng)為堅(jiān)強(qiáng)支撐。
儲(chǔ)能技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要一環(huán)。研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授孫金華介紹，太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源最大的特性是間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性。這些特性增加了電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度，制約新能源高效利用。儲(chǔ)能技術(shù)則通過(guò)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，提升新能源可調(diào)可控能力，滿足系統(tǒng)電力供應(yīng)保障和大規(guī)模新能源消納需求。這有利于提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，推動(dòng)新能源成為發(fā)電量增量主體。
我國(guó)高度重視儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。今年7月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合印發(fā)的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案(2024—2027年)》提出，圍繞不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)爬坡速率、容量、長(zhǎng)時(shí)間尺度調(diào)節(jié)及經(jīng)濟(jì)性、安全性的需求，探索建設(shè)一批液流電池、飛輪、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、二氧化碳儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池、鉛炭電池等多種技術(shù)路線的儲(chǔ)能電站。
“作為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)綠色低碳目標(biāo)的重要技術(shù)，儲(chǔ)能的安全性與可靠性直接關(guān)系到能源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展。”中國(guó)能源研究會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)孫正運(yùn)說(shuō)，儲(chǔ)能設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行，不僅關(guān)系能源系統(tǒng)整體安全，更直接影響人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。
敲響電站安全管理警鐘
從技術(shù)角度看，我國(guó)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目大多采用磷酸鐵鋰電池。孫金華認(rèn)為，正常情況下，儲(chǔ)能電池的安全有保障，單體電池的失效概率已經(jīng)非常低，熱失控風(fēng)險(xiǎn)也較低。
但是，這并不代表絕對(duì)安全。孫金華解釋，以鋰離子電池為例，它由正極材料、負(fù)極材料、電解液、電解質(zhì)及隔膜等組成。電解液和隔膜材料都是有機(jī)可燃劑，它們不僅可能與空氣中的氧氣發(fā)生接觸，而且在高溫條件下，電池內(nèi)部的金屬氧化物會(huì)發(fā)生分解，進(jìn)一步釋放出氧氣。此外，電池材料的分解以及材料間的相互作用會(huì)產(chǎn)生熱量。因此，對(duì)鋰離子電池存在的安全隱患要提高警惕。
“大型儲(chǔ)能電站由幾萬(wàn)或十幾萬(wàn)個(gè)儲(chǔ)能電池通過(guò)串并聯(lián)方式組成。電池組成系統(tǒng)后，電池自身熱失控累積概率會(huì)增加。”孫金華說(shuō)，此外，儲(chǔ)能電站還存在電氣故障等隱患。這些因素導(dǎo)致儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)上升。
與會(huì)專家學(xué)者普遍認(rèn)為，隨著儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展步伐加快，儲(chǔ)能的安全建設(shè)和運(yùn)行壓力日益加大。一方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)復(fù)雜性增加，對(duì)安全管理提出新要求;另一方面，隨著儲(chǔ)能規(guī)模的擴(kuò)大和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，新安全風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增長(zhǎng)。近年來(lái)，世界多地發(fā)生的電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故給儲(chǔ)能行業(yè)敲響警鐘。
孫金華介紹，據(jù)公開報(bào)道，從2022年1月到2023年9月，全球7000余座儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)46起。從2017年8月到2019年5月，韓國(guó)1000余座電化學(xué)儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)23起;從2023年1月到9月，美國(guó)共發(fā)生6起儲(chǔ)能電站火災(zāi)。“安全已成為制約電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。”孫金華說(shuō)。
加強(qiáng)預(yù)警監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)
安全有序是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)行穩(wěn)致遠(yuǎn)的基石。近年來(lái)，我國(guó)不斷加強(qiáng)儲(chǔ)能電站安全監(jiān)督管理。國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)發(fā)電側(cè)電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的通知》等文件，對(duì)新型儲(chǔ)能規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收等全過(guò)程提出安全管理要求。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)發(fā)布《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》等儲(chǔ)能安全相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
在孫金華看來(lái)，保障儲(chǔ)能電站安全，要筑牢“三道防線”。
本體安全是第一道防線。“應(yīng)從電池材料、全電池體系設(shè)計(jì)及工藝等方面提升電池安全性，降低事故發(fā)生概率。”孫金華說(shuō)。
過(guò)程安全是第二道防線。“電池組成系統(tǒng)后，要進(jìn)行故障隱患的極早期預(yù)測(cè)、預(yù)警和處置，將事故扼殺在萌芽狀態(tài)。”孫金華說(shuō)，目前學(xué)界已有相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新成果，如光纖原位檢測(cè)技術(shù)等。
消防安全是第三道防線。“如果第一道和第二道防線都被突破了，就務(wù)必要確保在著火瞬間能監(jiān)測(cè)到火情并報(bào)警，與消防部門聯(lián)動(dòng)，及時(shí)撲滅火災(zāi)，做到‘小火不成大災(zāi)’。”孫金華說(shuō)。
他還提醒，電化學(xué)儲(chǔ)能電池引發(fā)的火災(zāi)和建筑火災(zāi)、工業(yè)火災(zāi)特性完全不同，用于建筑火災(zāi)的探測(cè)報(bào)警及滅火技術(shù)未必適用于儲(chǔ)能系統(tǒng)，必須要發(fā)展基于儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)特性的安全防控技術(shù)，如多參數(shù)融合的熱失控預(yù)警和火災(zāi)報(bào)警技術(shù)、高效滅火抗復(fù)燃技術(shù)等。
記者在研討會(huì)上了解到，近年來(lái)，多個(gè)機(jī)構(gòu)在儲(chǔ)能電站消防安全技術(shù)研究方面已取得成效。例如，應(yīng)急管理部天津消防研究所組建了獨(dú)具特色的鋰電池火災(zāi)調(diào)查團(tuán)隊(duì)、鋰電池火災(zāi)抑制研究團(tuán)隊(duì)、儲(chǔ)能火災(zāi)安全分級(jí)與評(píng)價(jià)研究團(tuán)隊(duì)、儲(chǔ)能滅火裝置有效性研究團(tuán)隊(duì)等。
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