編者按：中國電科院首席專家 惠東表示：恰恰出現(xiàn)大量的儲能電站事故基本都是三元電池，某國1000多個儲能電站，從去年到今年發(fā)生26起還是28起，其中10兆瓦以上儲能電站有20個，毫無例外的都是三元型電池。是不是磷酸鐵鋰很安全？這些指標(biāo)磷酸鐵鋰比三元指標(biāo)性能優(yōu)得多，正極材料是一部分，理論上磷酸鐵鋰也不是絕對安全，只能是相對安全。
東西還沒有徹底出來，實際上我們安全相關(guān)的檢測性工作開展得不是特別足，我今天想發(fā)言的題目是：電力儲能中的安全問題及應(yīng)對技術(shù)。
四方面，一是電力儲能的安全問題。
電力儲能安全問題有很多，今天會把話題變得更窄一些，儲能安全可能有電氣安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全，說得更窄一些，跟火災(zāi)或失火相關(guān)的安全。大家看一張圖，美國早期應(yīng)用比較多，也出了很多問題。美國特別在2013年以后，當(dāng)然美國的標(biāo)準(zhǔn)等一會兒樂首席會講，安全這塊美國比較重視，專門做了美國標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線圖。到2017年，有關(guān)開發(fā)、設(shè)計、安裝、運(yùn)維、事故升級，甚至到教育擴(kuò)展，美國都開始有相關(guān)的有條理的、有體系的對安全問題的布局。
我們對安全問題，儲能電站的安全事故，往往都是在預(yù)警缺失或滯后的情況下，電池，重點(diǎn)說是鋰離子電池本身失控引發(fā)出來的，包括蔓延。現(xiàn)有消防措施并非對火災(zāi)配置，陸續(xù)出現(xiàn)一些火災(zāi)。包括最終演變?yōu)榇蠡馂?zāi)，整個事情的發(fā)生。
說起來電池風(fēng)險的根源，鋰離子比較多，電激源、熱激源、機(jī)械激源，還有電池自身、系統(tǒng)內(nèi)其他部件、環(huán)境原因。
從安全原因來講，內(nèi)因肯定鋰離子自身的問題。無論如何，現(xiàn)有的鋰離子怎么改變，由于鋰離子電池是有機(jī)電解液體系這件事情發(fā)生，這是它的根源。存在溫度過高或過充電時，電解液表現(xiàn)分解是核心原因。
如果是電池內(nèi)部出現(xiàn)某種，由于內(nèi)短路或制劑各方面引起，如硫酸鋰發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步發(fā)熱，其他電化學(xué)反應(yīng)可能發(fā)熱量更大，更大時，會在一定溫度上釋放氧氣。我們點(diǎn)汽油，汽油一定會著。但把汽油的氧隔絕一定會滅，電池一旦著起來，還要自吸氧。這是鋰離子電池的原因。
可能因為過充過熱產(chǎn)生一系列的原因，不僅帶來熱量，可能后期過程中還會釋放氧氣，使鼓掌放大產(chǎn)生爆炸，這是放熱副反應(yīng)，有工藝問題、材料體系問題，也有應(yīng)用問題，包括低溫充電、大電流充電、負(fù)極性能衰減過快，振動、跌落等。
圍繞這樣一些東西，有安全性整體對應(yīng)的東西。一是從電池那塊去解決，我不是做電池的，那塊的事進(jìn)不太清楚。對儲能本體應(yīng)用，一般有四種措施：一是通過檢測技術(shù)，去甄別這個東西能不能使？另外有預(yù)警技術(shù)、防護(hù)技術(shù)、消防技術(shù)。
事實上，在2018年發(fā)布的《電力儲能鋰離子電池》國標(biāo)來看，有一條非常重要的內(nèi)容，就是關(guān)于熱失控的檢測，這是目前來講，關(guān)于電力儲能應(yīng)用中間，對于電池安全的。第一，我們是有標(biāo)準(zhǔn)的，第二，是有檢測機(jī)構(gòu)來做這件事。這是第一關(guān)，比較重要的熱失控是有嚴(yán)格步驟和規(guī)定做這件事。除了單體還有模塊相應(yīng)的測試方法和步驟還有要求。
這種要求我們做了相當(dāng)多的試驗，也有人到相關(guān)部門到相關(guān)質(zhì)檢中心做了相關(guān)檢測，真有相當(dāng)多的電池沒有過，出現(xiàn)熱失控，沒有過這條標(biāo)準(zhǔn)。最近發(fā)生了幾起事故，我們知道最近發(fā)生一到兩起磷酸鐵鋰小范圍的事故，后來調(diào)研，這些東西都是在我們這做檢測沒有過的。不能說過了一定怎么樣，確實我們聽說的是沒有過的這些東西。而這個標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在來看，對很多三元的電池是很難過去的，現(xiàn)有三元型電池做儲能很難過去，不是有歧視性，這個標(biāo)準(zhǔn)是做大量試驗做出來的。
恰恰出現(xiàn)大量的儲能電站事故基本都是三元電池，某國1000多個儲能電站，從去年到今年發(fā)生26起還是28起，其中10兆瓦以上儲能電站有20個，毫無例外的都是三元型電池。
是不是磷酸鐵鋰很安全？這些指標(biāo)磷酸鐵鋰比三元指標(biāo)性能優(yōu)得多，正極材料是一部分，理論上磷酸鐵鋰也不是絕對安全，只能是相對安全。
剛才講了，通過安全檢測并不一定代表使用過程中間就非常安全，就不需要安全防護(hù)，其實安全只是一個概率問題。而且現(xiàn)有的我們檢測的方法，是現(xiàn)在有逐步的檢測方法，但第一個檢測方法，是不是目前一定是終極的檢測方法，我們還要探討，因為電池在不斷改進(jìn)。第二，即使檢測方法發(fā)布了，相關(guān)的東西在入網(wǎng)條件或組成條件上，是不是采用一定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試，這個也有待于加強(qiáng)考核。
電池一旦局部開始著了，如果未能得到及時的抑制，顯然會不斷蔓延。蔓延有幾種方法，一是整體的去滅火，還有一個針對性的滅火，在它初期造成對它補(bǔ)救比較大。
從防止蔓延角度來講，電池的安全到底有沒有那么恐慌？回頭還要談?wù)撨@個問題，單純從工藝上能不能解決？剩下還有這些防護(hù)：第一，預(yù)防。前一段檢測入網(wǎng)是更高層面的預(yù)防，那些東西不讓它進(jìn)來，一旦進(jìn)來以后，從安全預(yù)警、安全防護(hù)、消防滅火這三方面形成整個安全問題的應(yīng)對措施。
從安全預(yù)警角度來講，現(xiàn)有的，電池內(nèi)部電化學(xué)這件事，從已有的東西來看，判斷電池異常，包括這幾個層次來看，來進(jìn)行分級，我們想這樣去做。另外，希望預(yù)防能達(dá)到對熱失控的預(yù)判，這是我們從對預(yù)防的情況來看。第二，能對故障電池位置有效識別。
從防護(hù)來看，我們希望能夠防止電池的電濫用、熱濫用和機(jī)械濫用。最后機(jī)械濫用在儲能電站發(fā)生概率比較低一些，更多是電濫用、熱濫用較多。防止絕緣性降低造成閃弧短路等，這是從防護(hù)需求來看。
從滅火需求來看，其中比較重要的，與電池、火災(zāi)相匹配的滅火技術(shù)，另外良好的滅火效果，快速滅火還有長時間抑制這件事。與電池相匹配的技術(shù)來看，像電化學(xué)、電池這種滅火，帶有自吸氧反應(yīng)的活動。滅火的介質(zhì)，一是快速降溫能夠帶走熱量，二是能抑制相應(yīng)的自吸氧反應(yīng)的方式。
我們也有相關(guān)工作，對于電池的預(yù)警做過，如對電池過充、過放、過熱、內(nèi)短路、破損、絕緣性降低都有相應(yīng)辦法。有很多預(yù)警系統(tǒng)做在相關(guān)的里面，這里面可能有很多，對電池預(yù)警還是帶有經(jīng)驗性的，我感覺對于電池能夠做成預(yù)警，現(xiàn)在來看，這是火災(zāi)前的現(xiàn)場，這個預(yù)警帶有一定的發(fā)生。事實上氣體感，現(xiàn)在來看對氣體感可能的手段，對電池發(fā)生事故現(xiàn)在的預(yù)判技術(shù)不是特別成熟。
關(guān)于防護(hù)，主要考慮幾方面：防爆的設(shè)計，電池本身這塊。熱失控的阻斷，電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從這里面做預(yù)防。這就要求我們采用吸熱材料，或定向散熱方式，一方面形成熱隔離，另一方面形成熱疏導(dǎo)，這兩個看似矛盾的事情。
另外，消防技術(shù)。消防技術(shù)針對滅火，現(xiàn)有比較多的，對于電化學(xué)系統(tǒng)六氟丙烷、七氟丙烷等。最近做了很多實踐，七氟丙烷還是有抑制作用的，初期抑制能針對性做了，還真是有一定技術(shù)。現(xiàn)在七氟丙烷使用方式問題比較大，漫灌式，通過阻隔箱里氧氣含量滅火。這是不對的，如果七氟丙烷管道式的噴灑，短期帶走一部分熱量，七氟丙烷畢竟是氣體。如這件事認(rèn)為七氟丙烷對滅火效果不太好，這實際上是使用方式的問題。
1230是無色無味殘留氣體，1230具有極好吸熱性，降溫到滅火效果做實驗，也是在初期。1230沸點(diǎn)只有49度，很容易揮發(fā)。即使當(dāng)時起到滅火作用，是不是還有復(fù)燃問題？氣溶膠，確實有電化學(xué)氣象抑制作用，但降溫不太好，所以附帶抑制也有一定的作用。
因為我是中國電力科學(xué)研究院的首席技術(shù)專家，我所在的團(tuán)隊近年來做了很多電池安全相應(yīng)的工作，不是今年應(yīng)景把我們的成果拿出來給大家講。在電化學(xué)安全上，國網(wǎng)真是不差錢，從2011年、2012年起，每年國網(wǎng)至少布局300萬到500萬的課題，每年都有這個課題，從各個方面，從最簡單的東西起。我們這些人是不是特別專業(yè)不好講，但我們做的工作承擔(dān)得多。我在西山炸掉的電池有500萬元，至少我們努力做了相關(guān)工作。
首先我們做了很多對于燃燒爆炸過程和現(xiàn)象的分析，這里涵蓋易燃性、釋熱性等。包括相關(guān)的結(jié)論，安全性的定點(diǎn)熱失控臨界點(diǎn)判定，這個項目是國家重點(diǎn)研發(fā)機(jī)構(gòu)，大容量鋰離子這件事工作中的一部分相關(guān)工作。
對于整個過程的燃燒，電池的熱特性這件事，我們做了很大的相關(guān)工作。剛才說溫感、氣感、煙感等混合式開發(fā)了一些相關(guān)裝置。
此外，針對儲能關(guān)于防護(hù)的問題上，利用EPDM為主的材料，加入功能添加劑，做了防治工作，這種防治對熱失控蔓延有比較好的作用。另外對組熱仿真平臺建設(shè)，而且仿真過程中實施驗證性工作。
在這個基礎(chǔ)上，設(shè)計電管理、熱管理和安全防護(hù)的樣機(jī)，開展相關(guān)試驗，如樣機(jī)過程包含比較好的，一是把熱過程進(jìn)行仿真，包括對防護(hù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。從開展實驗來看，沒有發(fā)生有意地觸發(fā)電池。周邊來看，以這個技術(shù)，熱失控效果比較好。并不是一個圖片代表技術(shù)解決了，確實做了大量相關(guān)工作，對里面技術(shù)、參數(shù)配置這些問題已經(jīng)摸得很清楚。
另外，滅火技術(shù)。剛才講有幾種滅火劑，剛才講六氟丙烷、七氟丙烷、1230等。最近結(jié)合煙感報警裝置集合到一起，最近找到一種氟系列液態(tài)滅火方式，采用氣液復(fù)合滅火劑，六氟丙烷、七氟丙烷、1230都是氟系列產(chǎn)品，因為氟比較穩(wěn)定，氟系列帶走熱量比較大。氟系列液體性的東西帶走熱量是六氟丙烷700倍以上，使表面溫度獲得大大降低。另外氟系列對阻止吸氧反應(yīng)效果比較明顯。基于此，做了相關(guān)東西，這是我們做的消防滅火的裝置系統(tǒng)。
這是氣液滅火負(fù)荷當(dāng)年的容量。這在西山做了N次實驗，國家消防質(zhì)量檢測中心進(jìn)行檢測。檢測的結(jié)果是裝置自動響應(yīng)時間為0.5s，滅火用3.5s，可以抑制24h不復(fù)燃，這真等了24h做相關(guān)滅火工作。
如2兆瓦甚至以上規(guī)模，如一個集裝箱可能配置80到150L的東西，事實上80L可以對付這個東西，為什么配150L，為防止復(fù)燃還有東西噴過去。有中型的、小型的。
針對不同的東西，它的布局結(jié)構(gòu)都有要做的內(nèi)容性的工作。目前看，下一步會有相當(dāng)多的地方，示范項目中間開始率先得到使用。目前來看，滅火這件事可能最終，如果我們能形成這種閉環(huán)，當(dāng)然能把問題解決是最好的，真正說到火災(zāi)擴(kuò)展到爆炸燃燒中，顯然采取外部措施。一個大型水電站還是要和消防進(jìn)水結(jié)合起來，那是最后一步，防止次生災(zāi)害外一步來看。從現(xiàn)在做的實驗來看，能夠越在早期控制燃燒，針對性地控制燃燒，所需要的劑量比較小、控制成本比較高。最大問題對現(xiàn)有電池吸氧影響做了改變，直接把管道噴到模塊里，當(dāng)時滅了就完了，需要的液比較少，這和傳統(tǒng)目前已經(jīng)有的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)發(fā)生了比較大的變化。
我看到有別的國家在做局部性這種方式，它這種方式只是用六氟丙烷、七氟丙烷這樣做效果比較好，初期得到抑制，確實燃燒了。
我的報告就到這。
原標(biāo)題：電力儲能中的安全問題及應(yīng)對技術(shù)
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