國內外電化學儲能電站安全分析及展望

趙北濤，郭洪昌

（國網天津市電力公司武清供電分公司，天津 武清 301700）

在“雙碳”目標戰略指引下，新型電力系統建設對儲能的需求日益增加，電化學儲能是重要組成部分，在全球范圍內呈快速發展態勢。

1 儲能發展現狀及趨勢

儲能作為一種優質的靈活性資源，可以在高比例新能源電力系統中起到重要的靈活調節作用，促進新能源有效利用，提高電力系統安全性，為能源轉型提供關鍵技術支撐，必將得到大規模應用。

全球電化學儲能增長迅速，中美歐占主導地位。根據《儲能產業研究白皮書2021》，截至2020 年年底，全球電化學儲能累計裝機1420 萬kW，同比增長49.2%，其中中國330 萬kW，位列第一。2020年，全球電化學儲能新增裝機470萬kW，中國、美國和歐洲分別占全球新增投運總容量的33%、30%和23%，占主導地位。

電化學儲能技術路線眾多，包括鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池、鈉基電池等，每種技術路線的技術特點、成熟度、適合的應用場景以及產業應用規模各不相同。電池儲能電站可靈活配置在電力系統的電源側、電網側、負荷側，滿足差異化儲能應用需求，不同配置位置電池儲能的典型應用場景如表1所示。

表1 不同配置位置電池儲能的典型應用場景

2021年7月28日，國家能源局就《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》做出解讀。《指導意見》是解決新型儲能發展新階段突出矛盾的客觀需要和重要應對舉措，“十四五”期間錨定3000萬kW作為基本規模目標，接近當前新型儲能裝機規模的10 倍。“十五五”期間新型儲能將實現全面市場化發展，以滿足新型電力系統需求、支撐碳達峰碳中和作為目標，留足充分的預期空間。

2 國內外儲能事故對比分析

2.1 國內儲能事故案例

我國2017年以來共發生5起儲能項目火災事故，其中2 起發生在山西京能電廠，事故原因為電池柜內部線路對電池管理系統持續放電產生高溫引起火災；1 起發生在江蘇某用戶，事故原因為電池極性接反，現場調試時發生短路引起火災；2 起發生在北京某用戶，事故原因不詳。

2.2 國外儲能事故案例

根據公開資料，近年來，美國共發生5 起儲能設施火災，韓國發生30余起事故，歐洲比利時和英國發生1起事故，澳大利亞發生1起事故。德國等其他儲能規模較大的國家尚未發生較嚴重的儲能電池火災事故。

2.3 國內外儲能事故對比分析

從儲能技術來看，發生火災的儲能技術主要是鋰離子電池，國外主要是三元鋰電池，我國三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池均有事故發生。磷酸鐵鋰電池相對于三元鋰電池在安全性能方面更優，但安全問題仍不容忽視。

從事故原因來看，國外儲能事故的主要原因是電池管理系統和電池電芯缺陷；國內儲能事故的主要原因是電氣設備故障或操作不當。

從技術標準來看，歐美儲能事故相對少發，得益于標準體系較為完善，限制條件嚴格。美國已制定NFPA855、UL9540 等儲能安全系列標準，明確規定對于布置在屋頂、地下車庫等特殊場所儲能項目建設要求。歐洲儲能標準主要依托ⅠEC 國際認證標準。

從安全管理來看，構建電力儲能安全管理體系是國外儲能火災事故后的重要經驗。韓國提出建立儲能系統安全管理體系，加強電池及變流器全生命周期安全管理。美國國家消防協會將儲能設備劃定為特定消防對象，針對儲能消防開展專業專人培訓。

3 儲能電站安全存在的問題

儲能電站安全問題不僅僅是電池本身的安全問題，而是涉及到儲能系統設計研發、設備選型、生產制造、電站設計、施工、驗收、運維、退役回收等各個環節，任何一個環節的疏忽都可能釀成大的安全事故。

3.1 安全生產技術問題

安全技術不成熟。各廠家電池質量良莠不齊，部分儲能電池執行電動汽車電池標準，針對規模應用的儲能電池單體、模組缺乏系統性安全設計，個別新型高安全儲能器件技術尚不成熟。普遍缺乏可燃氣體探測裝置，無法提前探測電池熱失控狀態。常規煙感、溫感探測器難以有效識別電池早期異常狀態，預警相對滯后。不同規模和類型的儲能電站固定滅火系統配置標準不明確，微型儲能電站尚無明確有效地消防設施配置標準，現有七氟丙烷等氣體滅火系統可快速撲滅明火，但缺乏降溫能力，難以抑制電池火災復燃。

標準規范不完善。目前已發布電化學儲能標準共96 項、在編19 項，其中國標18 項、行標33 項、團標44項、國網企標20項。在設備及試驗、規劃設計、并網調度、運行維護等方面已具備核心標準，但在施工、調試、驗收、消防、檢修等方面尚不完善。現有部分標準發布時間較早，無法滿足儲能行業快速發展的需要。

消防問題解決難。消防建審難度大，各地住建消防部門大多認為電池預制艙為電氣設備，拒絕接受小型儲能電站消防工作圖紙審核和驗收（備案）。氣體滅火、泡沫滅火、細水霧滅火等系統操作人員應具備高級消防設施操作員資格，當高級資格取證要求高、周期長，相應專業人員匱乏。

3.2 儲能安全管理問題

安全管理體系不健全。部分儲能電站的投資、建設、租賃、運維等各相關方之間，安全責任界面不夠清晰。管理單位尚未制訂儲能電站相關安全管理制度、規范或評價標準，安全管理制度規程不完善。部分儲能電站建設在國網公司變電站或所屬土地內，未明確土地使用權、資產分界點及安全風險責任劃分。

依法合規建設不完善。項目建設規劃許可、施工許可、安全評價、并網測試等手續不齊全，部分儲能電站的電池、PCS等核心部分檢驗不全面。

調試運維管理不規范。忽視安裝調試階段安全風險，未制訂相應實施方案、應急預案，安全工藝不到位。運維人員技術能力良莠不齊、安全保障能力不足。儲能設施、滅火系統維護保養不到位。

應急處置能力不足。多數電站應急預案和現場處置方案不完善，部分電站應急裝備不齊備，未與屬地消防部門建立聯動機制，現場運維人員缺乏應急知識和能力，對滅火系統、消防設施操作不熟練，對滅火和應急疏散預案不熟悉，地方消防救援隊員不清楚電池火災撲救方法。

4 儲能電站安全展望

4.1 健全安全生產管理制度體系

我國亟需建立針對電化學儲能電站安全要求的標準體系，包括強制性國家標準，在此基礎上逐步推動儲能產品、儲能電站的強制安全認證。通過強制安全認證手段，能夠客觀公正地評價不同儲能產品、儲能電站的安全水平，從而設定安全門檻，促進整個儲能行業安全水平的提升。結合儲能電站全過程業務內容，進一步明確儲能電站管理的職責分工。

4.2 強化在運和規范新建儲能電站安全管理

針對不同接入環節、投資主體等特點，明確儲能電站運維服務方式和運維主體單位，規范投運、停運、復役安全管理，嚴格履行相關評估、審核、備案程序。明確項目投資原則和管理要求，加強電站設計及電池選型管理，規范開展設備型式試驗和到貨抽檢，加強電站驗收管理，從源頭上提高安全保障。

4.3 加大安全技術研究力度

開展儲能電站安全新技術研究和工程化推廣應用，重點研究儲能設施全壽命周期應用安全技術，儲能設施安全狀態在線感知及診斷技術，高效電-熱管理技術，基于電池轉態準確感知的儲能電站安全預警技術。研究規模化儲能設施火災特征、演變機制及防止熱失控蔓延阻隔防護技術，儲能電池快速滅火且長效復燃抑制的清潔高效滅火技術，驗證并優化完善現有儲能電池滅火技術。

4.3 加強儲能專業技能人才培養

重視對儲能一線作業人才的培養，包括負責儲能設備運輸、安裝、調試運維、消防的一線作業人員。一線作業人員對鋰電儲能系統要有足夠的理論認知和實際操作技能，在日常維護中能夠敏銳地發現問題與隱患，面對突發問題時能夠采取正確的處理措施，避免小問題發展成大事故。對關鍵崗位的儲能一線作業人員進行專業培訓和考核，持證上崗。