电化学储能产业发展对安全标准的需求.doc
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1、电化学储能产业发展对安全标准的需求储能作为新型电力系统的关键组成,市场规模取得了快速增长。在储能产业发展的同时,国内外储能项目事故也在不断发生,大多数是锂离子电池储能事故,引起了社会对储能安全的关切。储能产业亟需明确储能安全标准要求,提升储能产品和项目建设的准入门槛,避免恶性事故再度发生。本工作回顾了近两年国内外储能项目事故情况,统计了事故发生时储能项目所处的状态和储能技术类型,从事故角度分析了相应阶段对储能安全标准的需求。对电力储能系统安全相关标准,本工作重点梳理了主要的IEC标准、美国标准和国内现有的国家标准、地方标准,简要分析了相关标准的要求和特点,最后从储能项目全生命周期的角度总结了设
2、计建设、运输、运维、消防安全、应急救援和退役回收等各阶段储能安全标准有待进一步解决的问题,并对下一步相关工作的开展给出建议,以期推动国内相关标准的完善,为储能产业安全健康发展奠定基础。随着双碳目标成为全球共识,新能源将迎来跨越式发展,装机规模在电力系统中的比重也将不断增大。储能作为保障新能源消纳、提升电力系统灵活性、支撑新型电力系统安全稳定运行的关键技术之一,也将迎来爆发式增长。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)不完全统计,2021年全球新型储能新增投运规模达10.2 GW,同比增长117%,新型储能市场依然保持高速增长态势。电化学储能技术由于能量密度、效率、成本、建设周期等优势,在新型
3、储能市场中取得了绝对优势地位。相对钠电池、铅蓄电池、液流电池等其他电化学储能技术而言,锂离子电池在储能行业中的应用最为广泛,一方面因为其能量密度高、循环寿命长和成本低等优势,另一方面电动汽车的快速发展带动了锂离子电池规模化生产。根据CNESA不完全统计,截至2021年底,全球新型储能累计装机规模达25.4 GW,锂离子电池技术占比超过90%,占据绝对主导地位。目前储能电站中采用的锂离子电池主要包括三元、磷酸铁锂两种材料体系,三元锂离子电池热稳定性较差,在热失控情况下会发生析氧,与电解液发生反应,具有更大的火灾危险性。基于国内外锂离子电池事故经验和安全考虑,根据CNESA的不完全统计,目前国内投
4、运的锂离子电池储能项目中,磷酸铁锂电池占据了98%以上的份额。锂离子电池热失控时会释放H2、CO、CH4等多种易燃易爆气体,安全隐患较大。特别是在储能系统中,电池单体按特定要求经串并联连接后组成模组集中使用。一旦单个电池发生热失控,所释放的热量可能会造成整个模组热失控传播。同时释放的可燃气体在储能箱体封闭空间内聚集,甚至可能导致整个储能电站发生火灾、爆炸事故。在储能产业快速发展的同时,国内外的储能事故也屡见不鲜,安全已成为制约储能产业发展的瓶颈之一。明确储能安全标准要求,提升储能准入门槛,避免恶性储能事故,已成为储能产业发展的基本需求。基于此,本工作通过对主要的储能安全标准对比研究,指出国内现
5、行储能安全标准亟待解决的问题,并对储能安全标准的完善提出参考建议,旨在促使储能系统安全建设运行。1 近两年储能安全事故根据CNESA不完全统计,近十年全球储能安全事故发生60余起。2021年全球储能市场爆发,大规模储能项目越来越多,单个储能项目规模越来越大,储能安全隐患也随之增大。截至目前,2021年、2022年全球共发生18起储能项目事故(表1),其中北京丰台大红门储能项目事故发生起火爆炸,澳大利亚维多利亚特斯拉大电池储能项目持续燃烧4天,美国亚利桑那Chandler电池储能项目事故持续喷淋12天才控制住,消防救援时除采用水控制火势之外,没有其他更有效的措施。表120212022全球储能事故
6、注:不包括户用储能事故;项目信息来源:CNESA全球储能数据库。从项目状态来看,投运1年及以上的事故10起,投运不足1年的2起,运输中1起,建设调试中的3起,其余2起状态未知;从电池类型来看,其中三元锂离子电池事故最多,共11起,磷酸铁锂5起,其余2起电池类型未知。很多事故的直接起因并不一定是电池,但锂离子电池是导致事故发展难以控制的关键因素。目前相关的电池标准仅针对新电池,而安全事故往往是在运行过程中发生。电池随着运行发生老化,性能衰减,电池间不一致性不断加大,安全风险也在不断增大。此外近两年事故还包括建设中、调试中、运输中的储能项目,这些都对相关的安全要求提出了需求。公开的事故调查报告也表
7、明,当前为有效预防储能事故、控制事故危害,需要进一步规范储能的选址布局,明确储能设计、施工、验收等要求。针对储能系统安全,除了关注电池安全之外,还需要从电气安全、系统集成、监控、事故预警、灭火和应急措施等不同层面加以改进。2 储能安全标准现状国际电工委员会(IEC)成立了TC120负责制定储能相关标准。美国和中国储能市场大、应用场景复杂和需求多样,储能相关标准研发推进较快,欧洲、日本、韩国等更多直接等同或修订采用IEC标准。2.1 IEC储能安全标准IEC TC120成立于2012年,主要关注所有能够储存、释放电能的储能技术,以及储能系统与电力系统之间的互联。TC120下设5个工作组分别负责术
8、语、性能参数、规划建设、环境和安全相关标准。表2为目前TC120制定的储能安全相关标准。表2IEC TC120制定的电力储能系统安全相关标准IEC 62933-5明确了接入电网的储能系统全生命周期过程中的安全注意事项,提供了储能系统的危险因素、风险评估和降低危害的必要措施以及相应的测试验证。除TC120外,IEC碱性和非酸性蓄电池分技术委员会TC21/SC21A是制定锂离子电池相关国际标准最主要的组织。表3为SC21A制定的储能相关的锂离子电池安全标准。表3IEC SC21A制定的锂离子电池安全相关标准IEC 62619涵盖了各种工业设备用锂离子电池和电池组的基本安全要求,通过外部短路、撞击、
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