活动背景

活动背景

储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。随着各国政府对储能产业的相关支持政策陆续出台,加速为储能产业大发展蓄势,储能市场投资规模不断加大,产业链布局不断完善,商业模式日趋多元,应用场景加速延伸。

通过《储能系统白皮书》对中国大陆及台湾相关企业从业人员的调查,关于储能哪项关键指标是最重要的,36.8%的人士首选安全,价格选项位居第二,可见储能的质量安全是行业发展最受关注的指标。

然而,国内外均有个别储能电站出现着火、爆炸事故的案例,却给正在发展中的中国电化学储能敲响警钟。由于此前安全事故频发。目前国内很多电化学储能项目进展缓慢,部分项目甚至暂定进行消防安全整改。同样,储能电站的消防安全事故的起因也并非全部来自电池,但电池无疑是导致火灾事故发生的重要推手之一。我们必须承认电池组是一种含高能物质的部件,具有危险性的本质。而且,随着电池比能量和比功率的提高,发生事故的危险性将增大。目前国内针对电化学储能电站消防方面的规范标准要求较低,且不能满足现成需求,工程中应用的灭火系统没有相应标准支撑,灭火剂和灭火措施的有效性均未得到验证,储能电站在后期的运营中,面临很大的安全隐患,安全已成为储能产业面对的瓶颈之一。

本次论坛以“聚焦储能安全,护航产业发展”为主题,对全球储能产业相关政策、储能安全基本情况、储能可能存在的安全隐患及 应对策略等多方面进行全方位的解析和研讨。同时邀请政府相关部门领导、国内外储能领域知名院士专家学者、能源决策机构、科研院所、高校相关代表、电网发电公司以及设计院相关代表、储能技术供应商、通信、铁塔运营商、储能系统集成商、智能制造企业、新能源汽车及零部件研发专家,助力中国储能产业稳步发展。

2020储能安全国际高峰论坛

媒体报道
中国能源网:聚焦储能安全,护航产业发展
11月19-20日,2020储能安全国际高峰论坛在合肥世纪金源大酒店一楼1+2厅举行,各位专家围绕"聚焦储能安全,护航产业发展"发表主旨演讲。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办。 【查看全部】
储能100人:聚焦储能安全,护航产业发展 —2020储能安全国际高峰隆重召开
11月19日,一场主题为"聚焦储能安全,护航产业发展"的2020储能安全国际高峰论坛在合肥顺利召开。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办。【查看全部】
今日头条:"聚焦储能安全,护航产业发展“2020年储能安全国际高峰论坛
11月19-20日, 2020储能安全国际高峰论坛在合肥世纪金源大酒店一楼1+2厅举行,各位专家围绕"聚焦储能安全,护航产业发展"发表主旨演讲。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办。 【查看全部】
凤凰新闻:"聚焦储能安全 护航产业发展”——2020储能安全国际高峰论坛在合肥举行
11月19日,由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持,中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办的“聚焦储能安全,护航产业发展”——2020储能安全国际高峰论坛在合肥世纪金源大酒店举行。  【查看全部】
汽车推送:聚焦储能安全,护航产业发展——2020储能安全国际高峰论坛隆重召开
11月19-20日, 2020储能安全国际高峰论坛在合肥世纪金源大酒店一楼1+2厅举行,各位专家围绕"聚焦储能安全,护航产业发展"发表主旨演讲。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办。   【查看全部】
中关村储能产业技术联盟:“储能安全考量与技术探讨”主题沙龙在合肥成功举办
11月20日上午,由中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、安徽中科中涣防务装备技术有限公司和中关村储能产业技术联盟共同主办的公益主题沙龙在合肥隆重召开,沙龙主题聚焦“储能安全考量与技术探讨”   【查看全部】
新能荟:大咖云集,这也许是今年含金量最高的储能安全盛会!
11月19-20日, 2020储能安全国际高峰论坛在合肥世纪金源大酒店举行,各位专家围绕“聚焦储能安全,护航产业发展”发表主旨演讲。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办。    【查看全部】
图文直播
 聚焦储能安全,护航产业发展--2020储能安全国际高峰

 

 


 开幕式

中关村储能产业技术联盟秘书长 刘为致开幕辞



 

主持人:尊敬的黄局长、罗校长、孙院士,各位专家、产业同仁们,大家上午好!

欢迎大家参加"聚焦储能安全,护航产业发展--2020储能安全国际高峰论坛,我是中关村储能产业技术联盟秘书长刘为,很荣幸受主办方邀请,担任本次论坛的主持人。本次高峰论坛由合肥市科学技术局、合肥高新技术产业开发区管理委员会指导与支持;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室和安徽中科中涣防务装备技术有限公司共同主办,我谨代表主办方对各位的到和感谢。

这个论坛的主题特别好,"聚焦储能安全,护航产业发展",这对于当前的储能产业,据有重要的意义,过去几年电化学储能取得了较大的发展,安全性和可靠性仍是行业发展的瓶颈。所以我们非常有必要召集产业各方,大家坐在一起,对于储能安全从理论研究层面,从技术、应用、创新层面,包括专业的科研院所,包括消防设备厂商、电信厂商、储能业主大家坐在一起沟通,在总结经验的基础上展开务实的合作创新。确保储能系统的安全使用,安全是储能产业持续发展的基本底线和根本保障,也是储能实现十四五发展目标"实现规模化发展"的前提条件。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

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 合肥市科技局局长黄群英 致欢迎辞
 

 
 

今天我们相聚在美丽的巢湖之滨,召开2020年储能安全国际高峰论坛,在此,我谨代表合肥市科技局对各位嘉宾的莅临表示热烈的欢迎和衷心的感谢。

创新促动发展、科技引领世界,在科技创新发展的滚滚浪潮中,安徽合肥书写了不平凡的篇章,合肥是科技创新的沃土,面朝八百里巢湖,合肥科技创新有基础、有实力,科技产业有未来、有前景。2017年1月份,合肥获批建设全国第二个综合性国家科学中心,一大批代表国家战略的科技基础设施等平台在合肥建设,使合肥一路跨越式的奔跑。合肥是科技创新的沃土,合肥作为全国综合性交通枢纽,米字型高铁网覆盖全国,目前高铁总里程和密度在长三角地区居首位,以合肥为中心的五百平方公里半径内,聚集了全国40%以上的人口和50%的消费市场。

自2014年以来,合肥被确定为科技创新试点市以来,像国家知识产权示范城市,全国全面改革创新试验区等等,目前合肥正朝着具有国际影响力的创新之都大步迈进,合肥是科技创新的热土,合肥吸引了科技人才的磁铁效应日渐显现,合肥已经有国内人才190万人,其中两院院士126人,中国政府友谊奖、外国专家13名,入选各类人才项目人才达40余人。来自五湖四海的顶尖科技人才正在源源不断的汇集合肥,科技创新成为合肥这所养人之城的最大优势、最亮名片和最强音符,本次论坛的召开,以聚焦储能安全为初衷,以护航产业发展为目的,从正在导向技术研究、技术开发、设计制造等多个维度,围绕保障储能安全展开深入的探讨。

最后,预祝本次论坛圆满成功,祝各位来宾工作顺利、身体健康、万事如意,谢谢大家。(发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 
中国科学技术大学罗喜胜副校长致辞


 

罗喜胜:尊敬的黄局长、各位专家、各位嘉宾,大家上午好!

今天欢聚在合肥这座科教名城,隆重举办2020年储能安全国际高峰论坛,借此机会我代表学校向出席本次论坛的各位领导、各位嘉宾和新闻界的朋友,尤其是产业界的朋友表示最真挚的欢迎和最热烈的祝贺。

刚刚听了黄局长致辞,有几点感谢。第一,创新驱动发展战略,其实安全现在是我们国家强盛、人民幸福的基础。所以我们举行这样一次储能安全的高峰论坛具有非常重要的意义。

第二个,科大建校以来就传承着科教报国、追求卓越的精神,所以我们范维澄院士上世纪九十年代就一手创立了国家火灾实验室,进行基础研究,作为导向,在国家火灾安全的重大需求和世界火灾科技的前沿方面做了非常杰出的贡献。比如说我们在人民大会堂、中央电视台、北京奥运场馆、上海世博会、广州亚运会以及我国首个航母里面都有非常重要的应用,火灾安全是非常重要的方面。

第三个,储能安全,尽管看上去非常窄的专业,但是它是非常复杂的系统,是个系统工程,我们需要政策上的引导,需要研究材料、需要研究火灾科学,需要它的评价,需要信息技术,它是非常复杂的系统,所以我们经常说系统思维、底线思维,这是储能安全非常重要的意义。

第四个,科技的发展现在进入了新的阶段,我们需要需求,需要目标导向,我们产业界的朋友参与,就能对我们科技创新驱动提供一个目标,提供一个需求,所以我觉得非常欢迎产业界的朋友参加这样一次论坛。我刚才听说我们有三百多人的大会,说明大家关心这个产业、关心这个行业,关心这个科技,所以我觉得这次会议肯定会取得非常好的成果,不管是对科技创新,对产业都会取得非常好的成果。

我觉得长期以来,合肥市给科大非常好的支持,我这里代表学校向合肥市长期对科大的支持表示衷心感谢,也向各位专家、产业界的朋友,对科大的发展的关心和帮助表示感谢。

最后祝愿本次论坛圆满成功,诚恳希望大家在会议期间能够注意疫情防控,也预祝大家在这次会议期间身体健康、工作顺利,谢谢大家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)
 


欧盟科学院院士 中国科学技术大学教授 孙金华

《电化学储能电站安全保障技术》


 

孙金华:尊敬的各位同仁、各位嘉宾、女士们、先生们,大家早上好,非常感谢主持人刚才的介绍,也是非常高兴有这个机会来到这个地方跟大家交流。我今天讲的报告的题目是电化学储能电站安全保障技术。我的报告从以下五个方面展开。

首先是电化学储能电站发展及火灾形势。大家知道,储能是各个国家的战略重要组成部分,也是能源互联网的一个重要环节,所以,世界上各个国家都非常重视储能,据统计,到2019年底,全球已投入的储能项目,累计装机规模达到了184.6GW,这当中更多的是抽水储能,大概占93%,但有选址困难、投资成本周期长、损耗大等问题,所以这么几年,电化学储能发展非常迅速,而且电化学储能可以从电网侧、用户侧、小储存等等。

在电化学储能当中,尤其锂电池装机规模最大,占电化学储能的81%,我们的邻国在储能这一块,尤其是电化学储能走在世界的前列,韩国相应的储能企业在全球电化学储能市场上已经占据了举足轻重的地位。

我们国家这几年储能电站也在蓬勃发展,也发生了一系列的储能电站火灾,例如2017年,山西某火力发电厂储能系统发生大火。2018年,总投资1.9亿元的镇江扬中储能电站的火灾。所以从我们国家储能电站火灾来看,发电侧、电网侧、用户侧都已经相继陆陆续续有各类火灾的发生,应该说储能电站的火灾为电化学行业的发展敲响警钟,因此2019年国家电网两次对电化学储能踩了急刹车,这里面主要的原因是安全问题没有得到彻底解决。如何解决瓶颈问题,保障电化学储能行业的安全健康发展,这是学界、产业界和各位同仁需要面临和解决的问题。

下面我汇报一下锂离子电池着火机理与火灾特性。我们知道锂离子电池是一个物质的系统,它有正极材料、负极材料、电解液、隔膜、电解质盐等等,装配系统以后,要对它充电,这些正极材料主要是氧化后的金属,它分解时会放出氧气,负极材料是石墨烯等等,电解液是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯。

为了搞清楚电池发生火灾的机理和规律,我们首先研究了电池系统各个材料,单一材料它的分解反应特性,材料和材料之间的化学反应特性,它的一些产热机理,这个地图显示的是正极材料与电解液的反应,大概140多度就开始有放热反应存在,250多度的时候,放热非常剧烈。这是负极材料与电解液的反应,峰值温度在90度左右就发生放热反应。到达150度以上就出现后这个复杂的峰,就会有各种各样的反应存在,放出大量的热量。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

浙能集团研究院电化学储能首席科学家 马福元

《高功率储能电池及其在电力系统中的开发应用》


 

马福元:各位领导、各位来宾,大家上午好!

我介绍一下高功率储能电池以及在储能系统里面的应用。

储能电池在应用里面可以分成能量型和功率型的,在功率型的电池,特别是像调频的应用里面,是很迫切需要的,高功率储能电池的应用场景,在电力系统里会有很多,例如平抑功率波动,峰荷管理、提高传输能力、改善电能质量、参与系统调频等都是有相应的应用的。

我主要介绍一下在调频里面高功率电池的应用。调频的应用特点就是一天上百、上千次的,所以对电池的要求特别高,它的功率需求,它要有功率的响应,一般要求其实要在4C以上,所以现在很多电池是做不到这样的功率,所以它会被排除在这之外,一般的锂电池能做到2C,像铅酸是很低的,一般比较好用的是0.1C,有的锂电池可以用高功率,但是牵涉到安全性,它并不好用。高功率电池还在其他的应用场景,像风能的启动、水电的启动这些都可以。

刚才说的是几个应用场景,高功率电池它的几个技术,像飞轮储能它也可以达到高功率的,铅炭电池、钛酸锂电池也是可以形成高功率的,超级电容器、镍锌电池也是可以高功率的,这些电池功率是很高的,但是相应成本都会比较高。作为储能电池的应用,要有安全性、成本、循环寿命,又要能量密度、功率密度的要求,从几种现在市场上已经在用的电池,像铅酸电池、镍锌电池、锂离子电池,整个综合比较的话,各有各的优点,也有缺点。

在以往的电池体系里面,电池有水系和有机系的,在以往电池里面,在发展锂电池以前,一直通用的电池是铅酸电池,镍镉电池、镍氢电池、液流电池都是水系电池,到了锂离子电池阶段,它是有机电解液电池。

对高功率电池有一个安全管控就更难,特别是钛酸锂电池也是可以高功率的,但是目前在用的,大多数是0.5C,最高的也就2C,最近的高功率电站,有的用到2C以后,又用回1C,主要是性能还达不到,钛酸锂电池有的很高的高功率,最高也就是用到3C,原因是钛酸锂电池它是一个寿命可以很长的电池,但是用于储能,因为它是一个大系统,整个把系统接起来以后,还是达不到一致性,它的循环就不一定会很好。

我刚才说水系电池它本质上是安全的。锂电池的安全隐患刚才孙院士已经说了很多了,类似的我就说的比较快。要起火、要燃烧,我们都知道有三个要素,它要有可燃物,还有有助燃物,还要有着火源,所以我们防火都是在这三个要素里面,掐掉它一个或者两个,这样来达到不起火的目的。

锂电池在一定的条件下,可以完全具备这样的三个条件,我们水系电池是不具备这三个因素的,比如这里面的着火源没有,本质上是安全的,锂电池在这三要素里面它都可以达到。

为什么锂电池有这么大的安全隐患呢?是因为首先锂是最活泼的金属,它的有机电解液类似于汽油、究竟,正极释氧助燃,隔膜易刺破,热收缩等导致内短路。再就是我们的一些工艺,包括过充、过放,电池是怕热,它的多层的结构,它的热量不容易散出来,所以它也容易温度升高。

锂电池在失控的过程中,先是一个诱导过程,因为我们锂电池做好本身是好的,但是它有一些诱导过程,比如说隔膜表面导电粉尘、正负极错位、极片毛刺等,这些都是工艺上的因素,还有比如说低温充电、大电流充电、负极性能衰减过快,另外包括滥用、挤压、振荡,这些都是诱导原因。使用过程中,充放电,过充过放都是一些诱导引起短路的原因,一旦诱导出来了,就会产生热失控,也是从某一个电芯开始升温,升温以后产生负反应,放热,然后热失控,然后引起爆炸,等到后面起火、爆炸了,热扩散也形成了,最后导致整个系统都会产生失控。

接下来我介绍我们研究院在开发的一个水系的高功率电池,因为我们是一个发电集团,对火灾还是很在意的,所以对开发相应的水系系统我们做了一定的部署,我们在开发水系电池里面的水系锌电池,包括两个方面,一个是水系锌离子电池,另外一个是镍锌电池,用于开发高功率电池。

这里介绍镍锌电池,正极是氢氧化镍,负极是锌。镍锌电池相比其他电池,它的最大特点就是可以高功率,它其实可以在十倍率、二十倍率,甚至最高测到50倍率,可以进行充放电,它相对锌的成本比较低,它的能量密度相对比锂电高。我们对这个电池的应用场景,我们是这样的考虑,跟我们的一次调频,找一个电厂,他们那里根据两个细则是要罚款的,一次性调频补偿是按照积分的形式,150分,就相当于15元每千瓦时,收益可观,我们把我们的高功率电池想把它尝试性的开发到这样的调频。

我们比较一次性的调频基组,如果不加调频的储能系统,它大概的收益是在140万左右,要是有储能系统加进去了,这个电站就可以达到大概376万的收益。这个收益是挺好的。目前我们正在做这样的事情,对这个电厂可以产生很好的效益。

我大概简单介绍这些,谢谢大家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)
  

北方工业大学教授 李建林

《"十四五" 储能投资热点及技术走向分析》

 


李建林:我今天题目是“十四五”储能投资热点及技术走向分析。

在“十四五”期间,我们国家储能高度重视,涌现了一些新型的投资热点,我今天和大家进行简单的分享。我整个报告分四个方面,首先是分析我国储能发展现状,第二个是储能重大示范工程,第三个是十大投资热点,第四个是口号。

大家知道我们国家储能高度重视,尤其这几年,甚至加上各个省的政策,大概接近五十项,尤其是政策基本上每两周就有一个新的政策出台,尤其是各个省的政策具备实操性质,国家层面高度重视,尤其是教育部,把储能学科提到空前的高度,要求各个高校设置储能学科,百年塑人,可见国家的决心。

在江苏、河南、湖南、青海、浙江都有百兆级别的储能工程,整个状态还是给了世人的决心,证明储能在电网当中是有作用的。据我所知,储能装机规模逐步增大,从最开始的百千瓦级到后面的十兆瓦,甚至GW级,所以规模等级越来越大。到2025年,储能成本降至1500元/KWH时,我国大部分地区用户侧储能可实现平价。市场规模约6500亿,到2030年可达到万级市值。

第二个是储能重大示范工程,我有幸参与了一些,首先是国家风光储输示范工程,然后是辽宁卧牛石风电场液流电池储能示范电站,我们在甘肃酒泉建立了电网友好型新能源发电示范,在青海格尔木光储15MW电站。在新疆河北有一体化的示范工程。刚才几个示范工程运行五年或者十年。

下面介绍投资的一些热点。第一个,前面几位专家提到了,调频,我个人认为调频还是有前景的,它和火电配合商业模式比较清晰,账比较好算,再加上马先生他们做的水系电池,高安全、大倍率的,就更有前景了。第二个是光储电站一体化。我们在青海是五十兆瓦的光伏电站加十五兆瓦的储能。截至目前,大型央企都陆续部署了光储电站。第三个是地铁、高铁、轨道交通。大家知道咱们国家地铁、高铁很多,地铁一进站是要刹车,一刹车能量没地方去,现在通过电阻耗掉了,其实可以放到储能带位里,所以这种高功率的储能电池在地铁高铁里是比较有前景的。

另外是港口岸电,我们在连云港有这么一个工程,就是给港口解决电能供应,现在很多地方,尤其是接驳用的是柴油机,柴油机成本很高,另外有污染,国家限制它发展。这里面也是比较有前景的。

热点五是钻井用储能系统。中石油、中石化都在积极的采用,但是采用过程中有一个工况大概十几分钟是很要命,这十几分钟绝对不能断电,常规的是用柴油机,柴油机为了这十几分钟,一天二十四小时的运行。储能电站在这种场合也是很有前景的,在这个里面,它的商业模式是比较清晰的。

热点六是300兆瓦以下火电机组改造,大家知道我们国家对300兆瓦以下的火电机组是打压的。第七个热点是智能换电、电动重卡,这个也是高耗能的,成本很高。第八个是大家可能没太关注的,就是电动拖拉机,因为我们国家针对农业是有补贴的,鼓励农民种地,从耕地、种地到收,国家都有明确的政策,但是现在主流还是柴油机,柴油机一个是农忙时间很短,维护时间很长,我把电池拖拉机,电池采用租赁的方式,电池价格和柴油机的价格是相当的,这样借助给柴油机充电的领域是比较有前景的,这个热点大家可能不台中市,但是很有前景。第九个热点是移动式储能电源车,给市场提供一些好的服务。

前面几个热点不管怎么热,安全是第一位的,安全不过关,后面都白扯,这里要呼吁大家重视消防,采用多层级的防护措施,多层级、多介质,时间程度、灭火机理上对它进行安全保障,只有安全,我们的储能才能健康发展。

这是我的一些小作,大家可以了解一下,期待能对大家有所帮助。(发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

应急管理部沈阳消防所研究员 张颖琮

《储能场景火灾早期预测与消防联动》



 

张颍琮:非常感谢主办方,刚才几位专家把我们储能行业的发展前景描绘的一片大好,我非常坚信储能行业发展前途无限,但是消防行业作为这个行业发展的瓶颈,如果消防行业做的不到位的话,将来有可能限制整个行业的发展,我作为沈阳所做火灾探测,搞了很多年,现在我跟各位专家分享一下我自己对储能场景火灾早期探测与消防联动的一些理解。

我主要从这几方面,首先我想跟在座各位介绍一下现阶段,早期火灾探测的技术手段,然后根据现在的储能场景与电池早期热失控特征,分享一下储能场景火灾早期探测模式,以及储能长期早期火灾联动灭火模式。

目前我们现阶段的火灾探测技术手段,第一个就是烟雾探测和火焰探测。作为烟雾探测来说,从性价比来说,包括点型光电、线型光束、吸气息式、气体传感,点型光电目前用于民用,光电感应探测机理是红光、蓝光的探测管对烟雾进行闪测,我的建议目前适用于储能场景的光电感应探测器的设计尽量采用双向的设计,另外,从光路上来说,要尽量使用双光路,这样可以提高火灾探测的响应的及时性,另外可以降低干扰源的影响。

另外,目前我们普遍民用的使用的光电感应一般采用的是一个红光,现在发展到红光和蓝光进行双向判断,所以作为我们目前的储能场景,建议在双向迷宫、双光路、双光谱设计上要高于民用火灾感应探测器,这是我们现在主流感应探测迷宫的要求。

第二个是目前我们应用在大空间场所的线型光束和红紫外火焰探测器。线型光束适用的是大空间,比如在室外的一些储能电站,它可以进行大空间探测,另外红外、紫外的火焰探测器它是对火焰进行响应,但是一般电池如果发生热失控,火焰出来以后已经是多少秒之后了。

第三个是吸气式感烟探测器。产品的成本,包括施工的成本,包括维护的成本要求比较高。

还有最后一种就是热解粒子式火灾探测器,从火灾机理来说,一般所有的火灾都是先有一个热解,材料热解以后会释放一些不可控的气体,然后到火焰发生,再到烟雾的产生。热解过程中会产生不可预测的气体,这些气体我们统称为热解粒子,这些热解粒子从鼻子上可以闻到很强烈的气味,这个时候传感器就会报警。这是我们烟雾探测和火焰探测现行的一些技术手段。

我为什么说温度探测相对又简单又难呢,因为它传感器质量相对来说比较稳定,但是因为本身我们电池箱的火灾防控也好,包括储能电站火灾防控也好,它的热传导是比较复杂的,需要温度场的变化。

第三种就是气体探测,目前我们普遍的国内现在的有毒气体、可燃气体、窒息类气体三种探测。机理包括催化燃烧气体传感器、电化学气体传感器、红外气体传感器,NTMOS固态气体传感器。这几种传感器,民用建筑用的传感器它的寿命,低端在一年左右,高端能做到三年到五年,这不太符合目前储能电站,包括现在新能源汽车、新能源汽车的工艺应用场景的需求,因为作为传感器核心就是材料,材料受低温、高温的影响非常大,首先是精度的影响、寿命的影响,这些都会受到低温、高温的影响,所以我建议在气体探测方面一定要采用工业型高端的气体传感器,另外,我这里没有提到VOC,因为VOC是广谱类的气体传感器,这里我不推荐VOC,可以作为一个辅助,但是不能作为火灾早期探测的工具。

关于储能领域火灾探测应用场景,我稍微梳理了一下,没有李教授说的那么全,因为我接触的还是相对比较少,包括电动公交车,包括储能电站,包括电动客船、货船,还有数据机房,现在很多数据机房和很多医院用的UPS,现在都在普遍的用锂电池替代我们原来的铅酸电池。在这些应用场景里面,本身从电池早期的热失控特征,都是单个电池热失控变成电池模块的热失控。从我们的理解来说,我们要解决一个问题,就是单参数和模拟量数据转向多参数和数字量。所以建议从气体扩散、温度传导、烟雾浓度进行合理探测,建立合理的多个数据模型来防控系统火灾,一会我们可能还要提到,就是锂电池的火灾探测的场景和我们民用建筑有很大的区别,它的探测的策略,我的建议至少要用几种,而不能就是有一种,就是说烟雾浓度到了多少就报警,要有多个策略组合进行探测。

另外,关于我们火灾联动的灭火模式,也要从开关量触发信号向持续型数字化控制转化,早期启动、持续控制、持续探测、最后是逻辑判断来防控系统火灾。我原先接触到一个开关信号,灭火器一喷,喷完以后,至于火灭不灭,这个听天由命了,有些企业现在已经发展到,我们的灭火药剂是可以根据现场场景的状态进行持续型、数字化的控制,因为电池的热失控也好,包括释放速率也好,它是一个缓慢的过程,所以这时候必须要跟我们的探测器和联动灭火之间要有一个逻辑上的判断。

谢谢大家,欢迎指教,谢谢。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

 应急管理部天津消防所副研究员 卓萍

《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防安全技术研究》

 


 

卓萍:各位领导、各位专家,大家上午好!

今天我给大家汇报的也是和大家分享一下我们所在电化学储能电站消防安全技术方面的研究工作。我的汇报很简单,从三个方面和大家共同来分享一下。

首先是研究背景。储能在电化学的应用刚才李教授说的很多,包括电站,大家非常关注储能电站的消防安全。2017年我们所就已经参与储能电站火灾事故的调查工作,那个时候我们对于储能电站的火灾就有一个初步的认识,近年来,围绕着锂离子电池,我们在家用的手机电池,包括计算机电池,包括电动自行车等方方面面,包括电动汽车、电动客车、储能系统上都开展了大量的工作,这些工作围绕火灾鉴定、大型试验研究,包括检测系统、试验装置以及标准规范的编制等等方面,我们都做了大量的工作,围绕储能系统,近年来我们也是多方面和消防部门进行沟通,和多个电网企业开展合作。

主要的研究工作是这样,首先我们从大的方面考虑了一下,电化学储能电站消防安全,我们从哪些角度思考这个问题,首先我们是要对我们国内外的技术现状、建造规模、应用场景、现有消防措施进行调研,通过调研我们要掌握火灾的发生发展规律,通过火灾发生发展规律,我们要进行火灾场景的设计,对于特定的火灾场景我们要研究灭火系统的有效性,消防员的应急救援能力,消防员应急管理方案,以及电化学储能电站的防火设计,最后我们希望建立一个电化学储能的消防安全标准体系,这是我们总体对这个方向研究的大架构。

储能电站火灾发生发展规律是什么,现有消防措施是否能够满足储能电站火灾防控的需求?刚才孙教授介绍了很多,我们这里简单介绍一下,我们做了一些试验,在接近绝热的情况下,我们做了单体电池过充燃烧试验,在过充情况下会发生爆炸。在加热情况下是没有发生爆炸。

储能电池模块过充燃烧试验(过充整个模块),硬壳电池模块,燃烧试验特征:安全阀打开、烟气急剧喷射、舱内烟气弥漫,爆燃后形成喷射火。如果安全阀打开后停止过充,相邻部分电池安全阀打开,不会发生烟气急剧喷射,不会发生火灾。

针对软包电池,我们也做了一些试验,可以看到,软包是没有安全阀的,刚开始是单个电池包鼓胀,直到整个模块发生变形,当出现烟气急剧喷射的时候,是会形成漏液的,最后形成爆燃。

这是我们对加热状态下燃烧试验。它也是这么几个阶段,第一阶段是安全阀打开,第二阶段是烟气急剧喷射,然后爆燃。

预警技术我不细说,从刚才的试验我们初步有了一个判断,就是特征气体探测,在单体安全阀打开的时候,我们如果能够探测到特征气体,我们可以进行断电、停止充放电。第二个,如果出现大量的喷射烟气,这个时候我们就要确认断电,立即排烟,防止可燃气体聚集;第三个,如果烟气、温度同时报警,我们判断火灾已经发生了,这是对电网侧来说,同时我们要启动灭火系统,同时我们也希望其他的探测系统在这里面进行一些辅助判断。

从灭火技术的研究来说,我们对国内外的情况进行大量的调研,美国在2019年,FM发布了研究报告,大家在网上可以查得到。同时针对三元锂离子电池储能柜进行了研究,如果燃烧实验的时候,一分半会产生很猛烈的燃烧,无法控制,他们针对这样的系统做了自动喷水的灭火试验,可以看到,火灾仍然蔓延到相邻的储能柜,但是与自由燃烧相比,它也是得到了相应的控制。

同时在电网侧,他们在2017年发布了报告,由此颁布电网侧的标准,它们针对五种类型的单体模块做了常规的灭火剂的试验,这边给的图是针对模块的试验箱,这个报告重点关注的问题就是我们在规范中长期要考虑的选址、排烟速率、维护等等,都是我们消防这一块关注的问题。

我们商讨了一个储能电站防火设计的研究框架,我们实际上更关注的是本质安全,因为电池的本质安全和控制系统的本质安全都有所提升,我们认为是尽可能避免少出现火灾的,第二点,我们从建筑防火上来考虑,如果是建筑室内,我们就要考虑它的建筑耐火等级;第二个很重要的一点是火灾预警性,我想,不要给它特别明确的定一个结论,我想要集思广益,也与其他传统的各类火灾预警性进行比较,另外,如果建立在户内的话,它的建筑怎么规定?我们要让它的布置不会影响消防车的进入,对区域有一个保护,同时要考虑储能电站与周围居民区、与周围其他危险场所,它的布置选择问题。同时还有安全疏散的问题,整个电站的安全疏散问题也是我们关注的一个重点。从消防设施和电气这一块,首先是消防给水与消防火拴系统。我们通过调研发现,有一些早期建造的储能电站,周边没有水源,这导致很大的问题,所以可能在未来的储能电站防火设计商来说,可能最好还是能有一些这方面的考虑,同时,灭火系统来说,我们希望更多的人参与灭火系统中来。第三个是火灾自动报警系统和联动,第四个是防烟排烟系统,刚才说了,特定情况下,我们是要做排烟处理的,第五个是消防电源及配电,这里面有大量的电线,如果电线导致储能柜着火,我们会怎么办,最后还有安全防护等等的一系列问题。

另外,我们也围绕储能系统的消防安全前期做了一个课题,这个课题初步设计了一下储能系统的消防标准的体系,我们想,未来从多方面,结合我们消防、结合电力,怎么样设计一整套的工程,从头到尾的去保护储能电站的消防安全。

第三方面,给大家介绍一下工作展望,实际上也是比较简单的,我们还是希望各方多从储能系统的本质安全上进行一些设计,包括电池的设计和BMS一系列管理设计。包括储能系统的灭火技术,今天也听到了新的技术,包括以前已经应用的技术,可能未来还有灭火系统的可靠性研究,都是我们未来关注的重点,储能系统的应急处置与消防救援可能是作为我们消防人更关注的问题,未来结合我们过去的试验,会开展大量的研究;还有储能电站消防安全管理。

最后一个是消防标准化的工作,大家刚才说很缺这样一些东西,未来我们应该制订一个优先表,给大家一个有据可依的标准吧。

这就是我今天的汇报内容,谢谢大家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

会上中科大、中科中涣、合肥高新创投三家公司共同举行了中科久安揭牌仪式








 

圆桌论坛(主题:新能源、新模式、新发展)



 

主持人:今天上午我们进行最后一个环节,最后我们专家的小组对话,有请以下专家:主持人:我们今天上午一上午的专家报告,相信在座各位都受益匪浅,第一个问题是提给孙院士,因为最近我们看到全球储能发展增速非常快,相对来说,安全事故是我们产业部容忽视的一个问题,而且随着装机量增加,随着储能电站投运数量增多,储能安全问题是一个概率问题,刚才孙院士报告里也给大家详细介绍了未来储能系统在安全技术进展方面,我们要努力的一些方向,包括火灾致灾的一些机理的研究,我希望孙院士能给储能产业各类参与者,包括消防设备厂商,或者是系统集成商,给他们提一下未来技术研发或者是未来企业努力的方向。

孙金华:为了保障储能产业健康顺利的发展,在安全这一块是非常非常重要的,大家可能都有共同的感受,从安全的角度,我想主要从以下几个方面吧。

第一个就是我们电池的本体安全这一块,我们选择电化学储能电站,有很多种选择,电池根据它的安全性不一样,它造成火灾发生的概率,包括事故后果也有很大的差别,像我刚才报告中说的那样,像韩国选择三元储能,发生火灾概率很大,危险性也很大,所以电池这一块,我们要选择非常安全的电池,因为我们储能电站不需要过多的考虑能量密度和续航问题,所以电池安全是第一位的,所以磷酸铁锂类的电池相对来说安全一些。当然电池本身的安全是生产电池的厂商的任务。

第二个是从我们工艺的角度,我们储能电站的建设工艺对它的危险性,或者火灾发生的风险也有很大的影响,比如说你在里面接线,如果电阻比较大,还有刚才卓工也说了,在工艺把握不好的话,也会增加它的火灾的风险。还有在运维角度,运维的角度,我们有BMS,这个BMS的目的就是我们在电化学储能电站工作过程当中,充放电过程中,发生的热量要迅速的导走,保证它在正常的工作温度范围内,防止发生火灾,同时我们在整个充放电过程中,要绝对避免过充、过放的现象,如果大功率的充电,会很容易造成火灾。

最后,我想从消防的角度,我们要对除了BMS以外,要有预测预警的技术,要做到精准的预测、精准的预警,使火灾的事故能够把它在早期,或者隐患早期发现,避免事故发生,万不得已的时候,当你类似于一道道关口都突破了,最后发生火灾了,我们要有快速、高效、灭火,而且防止复燃的技术,你要优选好灭火剂,要有良好灭火技术方法,这样的话,保证从电池角度、工艺角度,运行过程角度,包括消防灭火角度,一环一环的筑起一道道篱笆,最后我们能够把储能电站火灾风险降低到可接受的范围,谢谢。

主持人:谢谢孙院士,孙院士从时间维度上给大家介绍,我相信在座各位可以看我们自己所处的环节上,你们所处的是哪一环,我们努力的是哪个方向。下面这个问题是提给张颍琮张主任,我们知道从国家部委层面,对于动力电池包括储能电站的电池安全性是有要求的,强制性的标准将于2021年1月份开始执行。储能这一块,2020年初的时候,国家应急管理部、国家市场监管总局发布了监管实施方案,建立标准化的机制,协调储能在发展过程中标准的重大问题,这对于我们规范行业的发展,促进产业的持续健康发展具有非常重要的意义,请张主任给我们介绍一下,随着这些标准的发布,我们对于动力电池的安全应用有什么意义,对于大规模电力储能的消防安全有什么样的重要意义?

张颍琮:刚才秘书长已经说了,国家已经颁布了很多强制性的标准,但是我个人理解,现在标准实施的主体已经发生了变化,自从几年前,我们国务院出台了消防安全责任制的规定,也就是说未来消防的安全是由业主方的法人自己来承担,从原先我们是保姆式的管理,这个消防安全我只要验收了,我就做背书了,你就可以使用了,但是随着应急管理部的成立也好,包括现在消防局的放管服,我们把验收归到了住建部,消防局把责任分化到各个社会责任主体,未来执行主体是谁,从消防角度来说,肯定不是我们,也就是说未来的储能电站也好,包括锂离子电池也好,将来系统工程的审查是否符合现行国家标准,是否符合现行规范,你的施工等等一系列,可能消防角度来说,角色发生了变化,现在我们更多的转向应急处置的国家队,而不是前期的裁判员角色。

这就面临一个问题,标准一旦发布以后,谁来执行,执行是我们的设计单位、业主单位,特别是秘书长在内的第三方联盟,制定行业内的规则、规范,包括前期评审、包括后期验收,包括后期维保,这个闭环要你们行业内部自己来形成行业内的管理模式,这个管理模式我建议有几点。

一、相关标准作为一个依据;二、市场准入,市场准入包括产品准入,也就是各类,包括电池,包括防护产品,包括BMS的产品准入,三、系统维护保养很关键,再好的设备,如果无人维护、无人保养,最后都是形同虚设,所以第三方的维护保养非常关键;四、保险商能不能借鉴这些标准,借鉴第三方的管理机构,包括像我们沈阳所和天津所这种检测机构提供的检测报告做依据,来做保险商的第三方保护,这样形成一个良性循环。

第二点建议,我们原来做的都是产品的合格评定,但是由于现在国家角度来说,产品的合格评定的范围在逐渐的缩小,特别是国家产品的强制性认证和强制性检验,这方面范围逐渐缩小,我们逐渐向产品的性能评测,包括系统的性能评测做更好的服务。什么叫评测,就是设计师提供一个方案、场景,我们根据你的方案场景做出一个类似的火灾场景。

未来这个市场,目前消防慢慢的淡出,将来可能更多担子会落到业主方,落到第三方联盟身上,所以我们愿意为大家做技术支撑,谢谢。

主持人:谢谢张主任,给我们提出了非常好的建议,同时提到未来像消防所这样的机构未来的服务转型,我希望产业链各类主体大家多方加强互动,共同推动安全方面的进展。

下面一个问题提给远景能源的钱总,前段时间在风能大会上,我们远景能源张雷总提出一个非常震惊产业的观点,在2030年,风能加储能的度电成本能够实现1毛钱,这可以看到远景这样的新能源企业,他们对于未来风加储的前景,所以请钱总跟我们谈谈,风电的发展对我们储能有什么意义,或者从厂商角度给我们分享一下。

钱振华:我首先介绍一下远景能源,远景能源是十三年前成立的,主业是风力发电。近两年,因为新能源规模越来越大,远景能源也投入到储能业务领域,我是经历了风电前十年的发展,所以我感觉目前储能领域和风前十年的状况很类似,大家都面临行业的大规模快速发展,但是我们缺乏标准支撑,这些标准有可能制约或者影响行业的发展,我们可以举个简单例子,以风电领域来说,十年前,风力发电没有DDR,会造成风力发电机脱网,一旦脱网以后又会恶化电压特性,所以造成严重的事故,其实在十年前,西北甘肃出现过好几次这种业内非常有名的大事故,这些事故发生以后,业内我们听到很多声音,包括风力发电不稳定,可靠性很差,会造成很大的安全问题,甚至认为风力发电是垃圾电,但是这个事情发生以后,其实整个业内的同仁,大家在积极的推动和制定相关的标准,最简单的就是针对风力发电性能进行了研究,在风力发电设计的时候,我们就要把这些标准、这些性能放进去,因为有这些标准的制订,规范和推动了风力发电领域,使它过去十年快速的增长。

反观我们看储能行业,自从十三五以来,储能发展也非常迅速,我们也看到标准的陆续出台,例如锂离子电池储能领域的标准,包括储能变流器的标准,包括锂离子用的BMS电池管理系统的标准陆续出台。

我认为在十四五期间,这个储能领域要有更大的发展,仅仅靠前面这些标准还不够,因为我们看到在十三五期间,刚才各位专家也举到了,我们在储能领域发展过程中,也是遇到一些事故,包括一些问题,所以从我角度来说,目前两个标准非常重要,一个是储能系统级的标准,刚才专家提到,前面标准是2014年的,但是现在已经过去五六年了,这五六年中的技术发展是变化很大的,所以要尽快推出系统级标准;除了系统级标准之外,还有一个是储能系统的安全消防标准这一块,这一块是缺失的。大家可以看到,目前对消防和安全来说,对储能行业绝对是至关重要的点,如果处理不好,可能会制约这个行业的发展。

同时针对安全这一块,我们看到国外,刚才说的9540A包括855,像这些标准国外都在密集的更新,我看到最新版都是2020版,说明国外对这个研究都是非常密集的,所以从我角度来说,希望未来储能行业进一步发展,储能系统级的标准,包括储能安全消防标准需要尽快的推出,这对储能行业的发展是有至关重要的意义。

主持人:谢谢钱总,我们联盟一直在做这个社团标准,在做的过程中,也是有很多的感触,所以也是特别希望标准制定工作是需要向科研机构,向龙头企业大家发挥合力的作用,像我们第三方机构搭建好平台,大家合力把系统标准,安全消防标准能够逐步建立起来,这需要大家共同的努力。

刚才我们早晨致辞的时候,罗校长提出电化学储能安全是非常复杂的系统工程,他提到需要我们产业从业者有系统性思维和安全底线思维,我们也是各个产业链各个环节,大家都在做这方面的努力,作为本次论坛的主办方,中科中涣防务装备技术有限公司也是在国家技术标准发布之后,我们希望请孟总谈谈,就是你们在联合科研院所,或者相关的企业在共同研发服务好相应的行业客户方面都是有哪些做法,同时在产品和市场布局上,又做了哪些提前的布局?

孟凡宝:首先简单介绍一下中科中涣,中科中涣在消防和智能探测这个领域里,应该是个新兵,2016年刚刚成立,成立初始到现在,我们一直致力于新能源锂离子电池的安全探测和消防,防护的这么一个领域,中科中涣最早做的时候,应该说在国内,针对这一块的企业还不多,当然现在已经有几家做的很不错了,前期这个项目主要是针对新能源汽车锂离子电池安全,注重探测、早期发现、然后防护。这几年,在国内新能源的大潮下,新能源整个产业的大布局下,中科中涣也是得到了比较不错的成长,这几年,中科中涣关于锂离子电池的安全防护和探测,行业的一些标准的制定过程中,我们下了很大的功夫,几乎每一项的安全标准,我们都是参编单位,有幸能够跟中科大,还有合肥市高新区共同成立了中科玖安,目的就是深层次的研究锂离子安全防护系统的未来方向,这个公司主要是针对电力系统和锂电池的应用、检测,尤其是电化学储能的安全防护,安全防护最主要的还是,首先是早期发现、早期防护。我相信在学科带头人孙金华院士的带领下,我们一定会把这个企业做得更好,服务于广大的行业客户。

从产业布局上,现在应该说大家对整个行业,虽然储能的发展趋势和势头都是很好的,我认为对安全的防护的这一块意识,目前还不够强,所以说这就需要我们更加努力,然后也不断的去试点,去树立标杆客户,这是我们所说的,我在行业中怎么推动。

第二步,我们也会积极、不断参与到国家以及行业的标准制定,刚才钱总也提出来,因为没有标准,这个行业的发展,它的健康度肯定就不够,它的可持续性就不强,可能是比较紊乱,我认为,任何一个产业,安全肯定是第一位的,其次才是成本。在这里我呼吁我们为了储能事业的健康发展,在座的各位专家、各位行业客户,我们能够一起来努力,推动标准的建立,这对这个产业是有极大的好处的。

主持人:谢谢孟总,我们希望未来你们在项目实践中,不断的探索,不断的推出新的消防产品,或者系统的不断的迭代,真正为保证我们这个储能安全发展保驾护航。

我们上午也有专家介绍了十四五期间储能产业发展未来的趋势,唐博士也是我们储能产业很早期的从业者,可以说是先驱,我们过去十年,大家并肩作战,一起做了很多的事情,我们希望唐博士给大家介绍一下,您谈谈您的想法,随着十四五,包括新基建的大力发展,您对未来储能行业的趋势有什么样的判断和预期?

唐西胜:关于未来储能产业的发展,刚才建林教授,我数了一下,以每分钟五百字的速度说了十个点,确实说得很到位,我想在座的可能更关心的是锂电池的发展,这么多年,从十一五做一些技术研究,十二五,慢慢到十三五做一些商业上的示范,还有商业运行,应该大家对这方面的理解,还有商业模式的看法是越来越清晰了,最后我觉得储能的落脚点就是提供什么样的价值,将来获得什么样的收益,整个电力市场的改革也在往这个方向发展。具体说到十四五,我想,这个新基建确实触动很多产业的发展,尤其是对今年疫情影响的对冲,作用还是非常大。大家比较关注的是前段时间政府提出来2030年要碳排放达分,2060年碳排放综合,实际上2060年的事情很远,2030年的事情很近,三个手段,首先是节能,第二个是高强度的大力发展可再生能源,第三个是放开碳惠市场。整个电力系统角度来说,最怕的还是安全问题。今年7月1日,刚刚颁布实施电力系统安全稳定导则,这个导则里面,可以看出来对可再生能源提出更高的要求,要能够具备参与电力系统调频、快速调压、调峰能力,能手频率和电压扰动要跟常规机组一样。同时对可再生能源、高渗透率的地方,还得提供惯性支撑,这几个方面,因为安全稳定导则是电力运行系统的宪法,接下来很多具体的细则可能就会进一步的规定和实施。

我们这个团队很多年之前,我们一直在做风电和储能怎么样联合实现它的调频、调压,从最近几个项目来看,风电站加光电站加适量储能,是能够解决的,而且经济性非常好,这一块可能是十四五开始,跟可再生能源结合,调频调压这一块普遍是储能的一个热点。

在电网侧这一块,电网还是因为现在这种资源禀赋和负荷的分布不均,西电东送的特点还是非常明显的,我们国家现在正在运行和正在建设特高压支流已经有十几条了,十四五还会大规模建设特高压支流,刚才马博士也说了,特高压支流特别怕双机闭锁,所以未来无论是电网公司自己投,还是通过第三方投资租赁的方式,为电网的事故备用提供的储能应该也是一个很好的点。

还有一个是用户侧,用户侧一定要挖掘储能的一个主要功能,辅助功能作用。现在可以看到很多项目,从园区设计的时候,我就想着储能怎么在我这个系统当中发挥作用,投资建设可以做相应的减少和节约。另外一个就是虚拟电厂,虚拟电厂现在发展非常快,虚拟电厂一个好处就是可以打破表前和表后,让更多用户的储能参与电网的需求响应。

还有一个是数据中心,今年咱们国家数据中心应该量估计已经达到2千多亿度,到十四五末可能要翻番,数据中心的电池可能是很大一部分资产。随着这么多数据中心的发展,我想这一块资源,实际上也是对用户端来说,也是储能的一个很好的应用场景,当然未来更多的是要靠一些标准,靠一些规范给它做一些支撑。

主持人:谢谢唐博士的分享,唐博士还是谈到了我们储能几个核心的应用领域,未来的发展趋势。我们在座唯一的一个电芯厂商的代表,我们看到安徽省在辅助服务的政策之下,其实风电厂配储能包括用户侧配储能都是有很多机会的,我们看到数据库,合肥大概有500兆瓦的在建、在规划的项目。能不能介绍一下你们目前在运营的项目的收益情况以及运营实际效果。

吴翰杰:最近几年,我们做了一些项目,像电力侧的项目,还有这次风电华能做的项目,还有北京奥运会、东京奥运会给它做的备用电源的项目,还有一些很多用户侧的项目,我们做了接近1个G了,但是这个经济效益,我们确实,在我这里我确实不知道这个。

主持人:吴院长,那您从咱们国轩开发的储能系统角度谈一谈未来国轩在高寿命、长效率、低成本的产品开发上做了哪些努力?

吴翰杰:我可以谈谈我们正在做的一些工作,今天上午会议上大家提到了电池本体,原来我们做的都是动力方面的电池,但是它并不适合用于储能,它不能满足储能的稳定性和长寿命。我们在这样的情况下开发了高稳定性、高寿命和高效率的储能。另外,在安全上我们已经开发完了,我们专用的储能的BMS,这个和传统汽车上用的是有一些差异的,我们主要完善了哪些东西,就是硬件、功能、逻辑、策略,这些经过我们在外面建立的站点,我们不断的把这些东西进行完善。

第三个层面就是在产品层面,我们考虑就是把产品的热管理做好,我们开发出来我们的风能系统、水能系统,另外一个就是我们的产品集成我们要考虑一定要用标准化的模组,高压枪这一些,都要以标准化的方式去集成生产,我们生产工厂已经在抓紧建设了,以后如果有批量大的话,我们生产线是完全可以呈工厂化的生产我们的产品。

另外,我们为了掌握开发产品的性能,我们也建立了一个实验室级的测量储能系统的测试平台,因为我们原来研究院的这些检测的设备不能满足储能系统级的去检测,所以我们这个建的规模是3兆瓦时,1500伏的测试系统,另外,在BMS,今天会议上大家都讲到消防比较多,消防最终是在过程中是去救,现在我们应该更多的,在我们产品端,更多的要去考虑怎么主动的去防控,再加上我们电池管理系统里面,除了对我们的电池本体进行安全保护之外,能不能对这些事故的前端能进行一个防控性的,就是我的温度往上升,能不能有一个提前的信号对外发,能不能在火灾发生前,能不能采取一些什么措施,把火灾去掉,所以我们也要在这方面来做研究,看这个模型怎么建立,也在考虑这方面的事情。

主持人:感谢吴院长的介绍。下面我有一个问题,问台上的各位专家,其实我们联盟一直有一个观点,就是对当下储能产业的安全问题,大家都谈得非常多,上午各个专家也从各个维度说了很多,例如我们在电池本质安全,或者是消防层面各种灭火材料,我们怎么去更好的达到安全的预期目标,我们认为其实可以通过目前的技术手段达到一定程度的绝对安全,但是要考虑到项目的投资,它会增大投资成本,我们最近产业内非常热的一个新闻,10月16日,青海中标的光储项目价格不断的刷新最低,所以请大家谈一谈,在确保项目绝对安全和项目的成本投入上,怎么样找一个平衡点?

钱振华:刚才唐博士说了很多储能的应用场景,大家谈了很多都是储能的经济性,如果未来储能大力的发展,我觉得成本降低肯定是一个趋势,大家也可以看到,过去几年成本的下降幅度很大。我个人认为只有成本大幅度下滑,才能进一步提升储能的稳定性,为储能的推广奠定基础。

刚才各位专家也提到了,我个人认为在降低成本的同时,安全性底线我们是不能丢的,所以这也是我为什么要呼吁相关的标准要出来,而且从我们理解来看,降低成本和保证可靠性这两个事情是不矛盾的,大家可以看到,在储能系统成本里面,像电芯,其他的电器系统占大头,安全比例其实不是很大,所以我们还是应该关注成本占最大头的那一部分,而不是牺牲系统的安全性和可靠性。

主持人:所以在整个储能系统里面,消防安全占的比重还是比较低的,所以我们整个系统要降成本还是要对占大比例的电芯成本入手。通过技术创新驱动成本不断下降。

孟凡宝:我认为一个产业的发展,成本一定是很重要的,我认为应该是从,首先要从技术提升,技术提升是一个降本很好的方式。

第二个,标准的建立,我是搞企业的,所以我在企业内部,以及在行业,我常常喜欢谈标准,我们现在所感受到的成本过高的问题,其实折射出来一个背后的因素,就是标准不统一,在参与市场竞争过程中,没有一个统一的标准,各家打法不同,所以说标准非常重要。

第三个,我认为是规模,当技术不断提升、标准不断完善,推动行业健康发展,才能上规模,才能走上良性循环。当然我非常赞同刚才钱总说的,安全是最根本的根基,刚才吴院长谈了从安全角度主动安全是整个产业首要要考虑的,再加上被动安全和一些防护手段。

最后,我也想为中科玖安做一个广告,刚才吴院长也提出来了,这么大量级的储能,一旦出现了安全问题以后是不得了的,社会反应也会非常大,是不是可以提前能够预知?我为什么说给中科玖安做一个广告呢?电子探测系统,就是火灾探测系统,全中国在锂离子电池的探测技术,是中科中涣第一家做的,所以中科玖安顺利承接这一项技术,会后我们也可以技术上面加强交流。国轩高科2017年开始,在这一块,我们就从学术上、技术上、方案上以及产品上合作到现在,所以储能这一块,我们的团队是新的团队,等于是今天正式向市场宣告有一个新兵进来了。

主持人:谢谢孟总,孟总刚才提到的标准不统一的这个问题,其实是一个非常大的问题,我觉得中科中涣包括中科玖安未来除了在自己的技术和产品上不断的探索实践,我们还有一个重要的工作是不断的引导各类储能用户对于安全的认知、了解,什么样的系统解决方案会更好。

张颍琮:我想补充一点,我想把探测报警这些年的规律跟大家简单介绍一下,我的感觉,未来的成本肯定是越来越低,价格战肯定愈演愈烈,这是肯定的。这是一个规律,另外,刚才大家都提到这个标准,实际上标准有了,但是标准怎么执行,怎么界定,就是这个产业链角色的定义,也就是如果我是投资方,我投资建完电站,如果我马上能把电站捣手给另外一个人,那我在招投标的时候,你如果价格最低,我肯定用你的,所以你这套系统好与不好,跟我没有关系,因为我已经把接力棒交给别人了,怎么界定这个标准执行的力度,因为火灾系统是一个长期有效运营的概念,而且这个不可能刚建完就着火,有可能十年、八年以后,这个接力棒不知道接了多少手,这个期间,谁接手谁负主体责任,这里面,从我的建议来说,急需一个第三方的认知机构,相当于把安全底线把控住,而且诸多业主方、投资方包括建设房都能认可的执法体系,但是这一块如果要是没有,未来劣弊驱逐良弊是不可避免的。

唐西胜:我接着张主任说一下,实际上储能电站的商业设计计算,是按照它的全生命周期算的,基本上要十年时间,大家看现有的储能电站的情况差距是非常大的,整个设备的水平怎么承接未来十年的发展?这里面大家需要考虑的非常多,我个人认为在安全消防这一块,其实是先安全再消防,消防我们一定要去研究,一定要把各种事实齐备化,一定要在应急事件出来的时候能够控制得住,把这个损失降到最小,但是我认为消防这个东西,最好全生命周期都不要动它,这是最好了。我们很多储能从业者,尤其是系统集成商,很多从光伏电站转过来的,电化学和硅是不同的,你怎么摸清它的安全阈值,在安全范围内运行,我认为可以规避很大的安全性问题,例如温度,温度现在很多电站设计可能是按照25度设计,25度充放电是最好的吗可能不一定,最近我看一个团队的报告,他们比较了35度到45度充放电的情况,发现45度充放电效果更好。在这一块,我觉得还是要把思维调整一下,我也一直在跟大家说,就是我们电池系统这一块,要尽快从系统集成思维转向产品思维。我相信隐患将来会非常非多,还有一个,数据运维,基于数据职能运维这一块,现在很多也提大数据,实际上我觉得都是没有深入进去,你有了数据,数据背后怎么分析,怎么去为你的设计和运行优化做服务,这一块我认为还有很大的差距,但是这一块也很难,本身大数据的人可能不懂这个专业,技术专家对大数据分析的一些算法又很难接近的了,这一块,它还是需要产业去整合相关人才资源的联合。

孙金华:我从安全研究者的角度,刚才刘秘书长的问题,成本和安全,我想有一些想法和呼吁。

我们是做安全的,我们特别强调守住安全这个底线,要有安全风险的意识,必须要保证我们这个行业安全风险在一个大众可接受的风险之下,我们今天来了很多行业界的朋友,我呼吁我们行业界的朋友,你在降成本的时候,千万不要把安全的成本,首先把它砍掉,但是往往事实当中,可能减成本的时候,往往第一个砍的就是安全,如果把安全的成本减掉的话,可能会发生一些事故,对你的企业的正常的运维,正常的发展会有致命的打击,有的时候有个别企业一把火就彻底烧没有了。而且在储能行业我也跟一些同仁聊过,在国外,储能这一块的成本大概占7%到10%,这么一个比例,但是我们国家好像远远没有达到这样的占比,这方面在考虑成本,当然我在这里呼吁,你考虑成本,千万不要首先砍安全的成本,当然,我们要降低成本,因为成本和安全是两个相反的曲线,越安全成功率越高,我们要找到恰如其分的平衡点,保证我这个行业和企业能在可接受的风险以内,事故即便发生,也不会发生大的事故,不会对行业和企业造成知名的打击,不要一把火又回到解放前,这种事千万不要再发生,另一方面,我们通过技术的创新、技术的研发来降低电池、系统、消防、安全、监测监控来降低成本。

主持人:非常感谢孙院士掷地有声的呼吁,我们在降成本过程中,安全这方面的成本不能盲目的去降,要保证系统的可靠性、安全性,我们坚决不能走韩国的老路,真的一旦发生这些毁灭性的事故,对整个产业是致命性的打击。

今天非常难得,专家在这里,我们给现场嘉宾两个提问的机会,大家想对哪位专家对话,有什么问题可以提问。

现场提问:我是来自中车新能源的,我有一个问题要提给钱总,因为你是做储能系统的,刚刚各位专家提了很多问题是关于储能安全,都是防火、防爆,都是针对设备的,但是我们忽略了一点,就是当隐患发生之后,对人的安全是不是要放在更加重视的层面。

钱振华:刚才说了,可能这个储能电站,和传统的乘用车不太一样,因为乘用车着火以后,几分钟之内,或者多少分钟之内可以逃离。我们认为人的因素是非常宝贵的,美国去年亚利桑那那次事故,其实就是储能电站着火以后,消防的系统已经把明火扑灭了,人在发生安全事故的时候,消防员把门打开那一瞬间,类似这样的案例,我们后来也反思,这个事情上,我们设计上是可以做优化的,假如你有一些解压阀,你通过解压阀释放以后,消防员做操作的时候,你这些可能不会发生爆燃事故了,所以一方面刚才几位专家也提到,我们首先要以防为主,从设计上保证系统安全,但是一旦发生了,确实有些事情发生以后,我们还是这种消防手段、措施要到位,同时设计上要考虑消防系统的联动。

主持人:今天上午的对话就到此结束,感谢各位专家的真知卓见,跟大家的分享,让大家深受启发,非常感谢,掌声再次感谢台上各位专家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

(会议结束)下午精彩继续……


中国科学技术大学研究员 王青松

《锂离子电池火灾灭火技术研究》

 

王青松:首先欢迎来自全国各地储能行业的同仁们,大家下午好!

我是王青松,非常高兴有这样一个机会和大家分享我们在锂电池灭火技术方面的一些初步的工作,当然对这个工作还是处于探索性的,实验性的工作。上午各位专家都说了,现在国家是大力发展电化学储能行业,增长的速度非常迅速,对锂电池的需求非常迅速,应用场景拓展的也越来越多。单从火灾的发生发展来看,还是出现了不少我们不期望看到的火灾的事故,虽然发生这样的事故不是我们期望看到的,但是也给我们很多,需要我们重点关注的一些地方,就是说要如何防控火灾的发生,如何预防制止火灾的发生。很多人都在说,我们这个火灾是怎么发生的呢?我们可以简单的从以下几个方面做一些简单的分析。首先造成火灾发生有这样几种滥用的形式,例如机械滥用、电滥用、热滥用。为什么机械滥用会造成着火呢?是因为在外力冲击下,电池失去完整性之后,或者没有失去完整性,受到外力撞击之后,它的隔膜容易被刺穿,刺穿之后导致火灾;还有是电的滥用,在高温条件下,也会产生内部的枝晶生长,最后产生大量热量,引起电池火灾,还有一些高温的情况,例如外在的环境温度,或者其他的因素引起的电池的发热,也会发生着火事故,它产生热量之后,后面产生大量的气体。

这是简单的火灾的分析,从防控的方法上来说,大致归纳一下,从电池的本体安全,通过对锂离子材料进行改性,添加阻燃介质等使电池达到本体安全,使锂离子电池即使处于滥用条件下也不会发生热失控和火灾。

第二个是通过对锂离子电池进行实时状态监测,热管理,对其发展趋势进行预测,从而进行分级预警。

接着我想说的是使用不同的灭火材料的试验效果。

首先是干粉,使用的一些功能条件是对不同的喷射角度和喷射时间开展相应的试验,这个图是我们在用干粉做灭火试验。我们做的试验条件和系统里面是不一样的,这个是单个电池,单个电池放在上面,没有什么包裹,没有覆盖,所以灭火剂能够完全作用在电池上面。这是使用干粉灭火剂和没有使用表面温度的变化,得出的结果是在合适的条件下,干粉可以扑灭电池的火焰,并且有降温的作用,但是干粉没有办法直接阻断热失控过程中电池内部的化学反应。另外,我们做了一些喷射距离、喷射角度、不同喷射时间的灭火效果。它的灭火机理首先干粉分解反应均为吸热反应,对燃烧物具有一定冷却作用,另外干粉分解产生氨气对气相燃烧反应自由基具有一定的抑制作用,可中断燃烧链反应。

另外是水雾,试验过程中使用水雾之后,很快火焰就被抑制住了,但是它的温度变化也是有身高的趋势,没有使用水务的时候,它的温度升的非常高。

第三个是七氟丙烷,七氟丙烷我们做的试验是50安时锂离子电池,使用七氟丙烷之后,我们可以看到这个火,释放七氟丙烷它的压力比较大一些,它对火焰有一个冲刷的作用,后期火焰就灭掉了。

再接着我们看一下全氟己酮。这个是不适用灭火剂的时候,产生大量的烟和火,使用之后,这个电池的火是完全给抑制住了。这个电池是放在中间的,也就是左右两边都有夹板把它夹住了,全氟己酮的作用面积非常有限,温度有比较高的回升现象,还有我们对它灭火剂量的优化,看看用什么样的灭火剂对它的效果是最好的。它的作用机理,首先它常温下是液态的,其接触高温电池后,可通过相变带走大量热量。另外,它可以切断火焰燃烧的自由基,说怡更多的是化学抑制的作用。

后面我们统一了试验的工况,对几种灭火剂进行了对比。这是它自由燃烧的一个过程,在使用二氧化碳、七氟丙烷、细水雾之后,我们可以看到,使用二氧化碳的地方,这个地方还有火焰,七氟丙烷这个地方也发生少量的燃烧,使用细水雾没有发生燃烧的情况,这是它的降温效果,黑色线是完全没有使用灭火及的,可以看到使用细水雾之后,相对来说降温的效果比二氧化碳和七氟丙烷要好一些。

同时还有38安时的降温的效果,完全使用税的时候,虽然温度有上升,但是后期它的整个的温度高低还是完全要比使用七氟丙烷或者是全氟己酮要平稳许多,第二好的就是全氟己酮,再往上就是七氟丙烷,再往上是干粉和二氧化碳,这都是38安时的电池材料,使用的工况设计也是保持一样,所以通过这种方式可以比较一下几种灭火剂的效果。

以上通过这些研究,我们刚才也看到,几种灭火剂基本上扑灭火焰是可以的,但是它的降温效果是不一样的,并且有的出现了复燃的情况,当使用全氟己酮和细水雾灭火系统协同作用时,灭火后电池出现了明显的降温。

我的汇报就到这里,谢谢。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

南方电网调峰调频发电有限公司教授级高工 李勇琦

《大容量电池储能站安全技术研究与实践》
 

 


 

李勇琦:大家下午好,我是南方电网调峰调频公司李勇琦。我的汇报分为四个方向,一是研究背景,我们的产业发展,已经突破了2GW,对电网公司来说,就是200万的装机容量。未来我们随着储能的发展,肯定规模会更加大。

第二是这两年来安全的形势,上午说得很透彻了,我不多说。近几年来,调峰调频公司2010年开始做储能,2011年做出首个兆瓦级储能站,我们围绕储能站运行进行了系列研究,从整个电站安全来说,比如我们电网公司的规范化管理,包括检修,包括运维,包括我们在863项目,对10千伏的高压绝缘以及防触电,这都是安全,安全是很大的题目,所以整个电站未来要支撑百兆瓦级、GW级还有很多项目需要大家一起去攻关。

这里我简要说一下之前的一些研究吧,首先是依托863项目对钛酸锂电池进行了研究,这些是研究的成果和数据,大概有一些材料、产热、动力学等,还有循环的产热分析,电池热失控模拟、火灾危险性,这里我多说一下火灾危险性,在所有研究里面,对工程建设是非常具备支撑作用的,我们能通过它的电池温升,包括过热,尤其是热失控温度点,我们反过来去测,推算、计算我们的BMS的动作,以及BMS控制策略,最后消防的对于,还要包括消防的气体用量,类似一系列的研究设计,都是通过我们的危险性研究进行重大的支撑。通过研究完之后,我们找我们要定的灭火方案,因为863项目是在2014年的时候,当时七氟丙烷还是效果比较好的。

第二块是磷酸铁锂,储能发展这两年大家慢慢悠感觉,就是我们的电池,最早的电池是由动力电池直接过来,现在慢慢会往储能方向做产业的电池。这里补充多说一下,上午有专家提过复燃的事情,在测试的时候确实发生了复燃,而且确实还蛮厉害的,第二次再复燃的时候。

第三块就是我们申请了储能安全安全规程编织,包括电池安全的一些技术要求、包括消防设施的,尤其是到后面,可能平时大家不太注重的安全工作、安全工器具以及管理要求我们都有相应的要求。最后是应急预案,可能我们在应急预案里面会多考虑一下这些,每个电站的应急预案规程都应该有针对性的。

这里补充了电池选型要满足电站、发电侧、电网侧、用户侧不同的要求。第二方面,对电池技术要求,其实以前最早一版电站设计规范的时候,我们国内还没有一本储能自己的标准,所以我们现在在电站设计的时候,锂电池要符合液流、铅炭,我个人认为应该不止这些,你自己设计的时候,你要考虑的更多,国标只是最低要求,但是它会规范你要选什么电池。

厂房设计目前暂定的是铅酸电池,锂离子电池厂房层数,这些都有要求。防火间距这块也做了一些要求,目前建议单个储能设备房间放电量不宜超过30兆瓦时。这种如果发生火灾,你的电池太集中的话,对火灾防控也是有风险的。还有防火墙的耐火极限这种。

灭火设施在这次规范上就明确有要求,像消防拴的设置以及锂电池要设置自动灭火系统这些要求。还有自动报警也提了要具备早期预警功能。

这里重点介绍一个宝清4MW扩建工程,这个项目特别的特殊,它是做电网侧的调频,和火组调频不一样。我们通过我们调度拿到调频的指令曲线,最恶劣的时候,一天相当于全村全范围到八次,而且不是像咱们调峰一样,单向放,单向充,而是它不断的充、不断的放,所以这是一个很极限的测试,我们在做它的安全考虑的时候,就把它进一步提高,包括目前我们这款电池还是继续在做高强度的充放电的测试,目前这款电池还可以已经跑了四五千次,但是在整个系统目前也还在跑。

这里简单说一下消防的设计,这里我们提到的是四次灭火,一般我们说从电池出故障异常的话,那也是从某个单体或者某个模块开始,然后在热失控传播到隔壁的。这种管路稍微复杂一些,但是对整体消防成本不会增加特别大,对管路安装的位置空间会多一些要求。

未来我们还会进行一些研究,未来定位是希望有更多的机会跟大家一起去推进储能的研究,目前有23家单位在里面,它涉及的不单是电化学,我们的面非常地广。重点分的方向是先进储能器件与装备、规模化储能集成应用与试验、储能规划与调度控制,储能智能化运维这几个方向,今天我们谈到的那些电池的测试安全,类似这些我们是放在规模化储能集成与应用试验这个方向。

接下来我们也部署了一些研究,像火灾防控的研究,这块更多是针对我们即将要用的,而且各家,各个行业单位做储能电池的。还请各位专家多给我们提意见建议,我们做更多的研究,为了我让这个行业更加健康有序的发展。

最后我们还是想研究一下锂电池的寿命提升,优化策略,我们的想法就是整个电池的全生命周期的监测测试研究。

大体是这样,谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

 北京海博思创科技有限公司技术总监 吕喆

《大规模储能系统集成安全保障技术与实践》



 

吕喆:各位专家、同仁,大家下午好!

非常荣幸能够有机会参加此次的储能安全国际论坛,上午和下午也听了很多专家的报告,其实也感触蛮深的,也学到了很多东西。我今天其实想分享一下我们海博思创在储能系统集成这一块,包括设计这一块做的一些针对安全的考虑,也供大家参考。

我的报告分四个部分,背景介绍、电芯选型评价,第三个是储能系统设计,最后是远程预警以及运维。

首先还是储能的事故,现在储能系统的事故还是比较多的。影响储能系统的安全因素有哪些呢?这个我们大概列了一下,我们是从整个储能系统的设计、集成角度来看,从初始的器件选型再到产品开发,产品的整体验证,再到大批量的生产组装、运输安装、以及安全应用,这里面任何一个流程有一些问题,或者有一些差池,都会导致一些隐患。下面列了各个流程里面需要考虑的点,例如器件,里面涉及的器件非常非常多,例如电芯、BMS、电器件,这些器件都有热失控的可能。第二个是控制侧,控制策略包括电池的充放、控制保护,还有很关键的就是热管理的侧列,集成保护,安全策略,这些策略都需要系统性的考虑;第三个是可靠性的要求,这块也是,我们储能系统有很多高压连接、低压连接,还有通信的连接,这些可靠性的要求也是对我们设计,包括系统集成提出非常大的挑战。最后一个就是服役时间长,上午专家也提到了,我们储能系统一般是十到十五年的运行周期,任何一个产品,如果把时间尺度拉长,拉到十年甚至十五年的尺度,它的失效几率和安全几率就不再一个维度了,所以如何保持这么长时间还能保证系统安全,这都是我们需要在产品设计过程中需要考虑的内容。

首先介绍一下电芯选型评价,电芯是最根本的基础,我们针对电芯选型这块,也制定了一整套的流程,确保电芯的质量,从供应商开始,我们会给供应商提供电芯评价表,进行初评,再往下会对供应商现场进行考核。经过这轮审查,我们会对供应商的样品进行详细的测试,我们也是依托我们自己建设的一个比较大的实验室,这个测试也是右边这块,我们会自己开发一些我们自己的企业标准,这个企业标准也是涵盖四个方面,包括基本的能力,一致性、安全性和寿命,当然我们这个测试重在考察电芯在应用端的真实的能力和安全性,而不是泛泛沿用国标标志做,这块也是根据不同的电芯,我们做完测试评价以后,会给电芯一个分数,这个分数决定我们电芯能用在什么样的项目,可用在什么样的项目,这是对电芯整体的选型评价,电芯选型评价依托与自己的实验室,这个实验室目前我们用到了车用和储能用的标准的认证,同时也是DV的授权实验室,所有零部件选型评估测试环节都起到很重要的作用。

接下来在储能系统设计环节,热管理这块也是跟安全性比较相关的一个重要的指标,这块我们重点也是通过一些仿真分析的手段,结合测试,一起去把我们整个集装箱级别的热管理做到比较精确的仿真和设计,目标把电芯控制在舒适的区间,提高它的安全性。

接下来也是很重要的环节,就是BMS这一块,BMS这一块是整个储能系统的大脑,它对BMS来说是坚决不允许出现任何闪失和问题的,这方面我们做了很多的工作。包括软件、硬件的开发,这个是整个V流程的模式,大部分BMS按照这个流程做的开发,针对第一行的系统需求,包括系统设计环节,也有很多子环节,这块时间有限,我不一一展开了,包括一些功能的收集,我们功能安全目标的定义,包括整个系统架构的定义。在硬件设计这块也是一样的,我们硬件需求以及PBC的需求。软件这块,包括软件需求确认、软件安全分析、再到软件单元设计、软件单元测试,再到软件集成测试,最后是软件安全确认。

接下来就到系统层级,整个系统我们也是通过测试认证来保证它的安全,从最左边电芯的评价,刚才介绍到了公共安全,我们还有各零部件实验室级别的自测,这个自测会针对开发出来的模块,包括DMS还有储能的控制器进行详细的零部件级的自测,这个测试通过以后,还会进入到整个系统级别的测试,通过搭建系统平台整个在集装箱级别对它可靠性、稳定性进行测试,目的通过这样完善的测试把我们所有的问题都关闭在出厂的阶段,在客户现场投运的时候,尽量减少系统故障和安全的风险。

还有就是等我们的储能系统投运以后,我们还会有一个远程的预警和高效的运维,目前传统的运维方式都是故障报出来了,现场人员发现了,我们到现场做一些处置,我们希望把这块做一定的优化,通过远程故障预警的形式,因为我们很多储能都装了我们的平台,我们通过算法和分析手段提前把这些问题预警出来。我们把很多安全风险能够提前识别出来,并且及时的处理和关闭,这个我相信也是未来的主流趋势,也能够很大程度上降低储能系统安全的隐患。

针对远程预警和高效运维这块也是建立了专门的团队,包括数据平台去针对所有的储能项目进行故障预警和数据分析,也是有一些隐性的故障,我们实时的确实能够发现在前端,能够及时的有效进行。

以上就是我这边的汇报,谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

安徽中科中涣防务装备技术有限公司博士 李煌

《电化学储能系统火灾防控技术应用》




 

李煌:各位领导、嘉宾,大家下午好!

我是来自安徽中科中涣防务装备技术有限公司的李煌,今天上午听了大家的汇报,对我本人来说也是受益良多,关于这一块,我想说的是电化学储能系统火灾防控技术的应用,我汇报分为以下四个部分展开。

首先介绍一下行业背景。行业背景这块,大家上午说了很多了,我不多做介绍了,近年来,随着锂电池价格的回落,最近几年它的装机规模也开始迅速的增长。在发展过程中,也迎来了一些行业痛点,比较明显的就是韩国29起1.5%的发生火灾事故的概率,针对这个概率,韩国成立了调查委员会,结果是电池系统的缺陷,电池保护不完备,运营管理不周,消防设备不完善等是造成火灾的主要因素。

谈到火灾防控,必定要谈到锂离子电池热失控原理,在受到不正当使用过程中,例如短路、过热、撞击等情况,它的反应是发生在电池内部,电池外部你可以看到表现的东西在热失控之前是很难观察到的,一旦发生热失控,就迅速产生大量的热量,在热失控扩散过程中,形成一个恶性的循环,逐渐的扩大,最终形成火灾爆炸事故。

关于消防设计规范,我们国内还稍显不足。今天听到设计规范目前也是在发展过程中吧,这款标准也在针对性的进行改良,这对我们行业来说也是一个好事。

我们针对这些情况也进行了大量的试验,观察电池失控的时候,究竟哪些气体是起到主要的变化,得到规律之后,把它输入到软件中去,进行多种信息的融合,例如气体、温度、电压等等,通过气体进行预警,分成一级预警、二级预警、三级报警模式。

谈到监测之后,我们就要做到消防处置了,也就是防控,我们基于实验室开展了大量的火灾试验,理清了电池发生燃烧之后它的特性,以及火蔓延的特性,进而建立热失控的模型,以及热失控传播的路径,如果摸清它的变化规律之后,我们可以通过设计消防主机,做一个灭火剂,通过试验可以看到,它可以在30秒内有效扑灭明火,程控喷射,起到阶梯式降温,防止复燃;最后是建立一个兼容二次细水雾系统。

我们开展了大量的试验,包括单体电池、电池箱,我们进行大量的试验验证,确保产品的有效性。在产品研发过程中,我们也形成了核心的技术,首先是电池的热失控孕育机理及动力模型,通过这个模型可以预测电池热失控的发生,因为我们对电池发生热失控、我们对它的气体进行收集,包括热失控前、热失控之后,对它气体进行收集,做到多参数耦合的探测,弥补单一探测技术误报漏报的缺陷,同时我们对锂离子电池分段式控温技术,该降温降温、该灭火灭火。根据不同报警信号,针对性采取防控措施,及时输送电池产热、预防热失控及热扩散的发生。

接下来介绍一下中科久安,中科久安业务范围主要是针对锂离子电池做消防防护,大概分为新能源汽车、5G基站、风力发电系统,还有电化学储能系统这一块,技术特点包括早期探测、复合判断、多级预警、精准补救等。

解决方案包括全/局部淹没式灭火方案、PACK级灭火系统、多级防护。

这是我们现在产品的一些应用,包括河北、辽宁、山东、四川、湖南都有应用,我们希望接下来与各位同仁共同探索,通过技术突破来实现降本,更大程度的服务这个行业。我的汇报到此结束,谢谢大家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 
 

国网安徽省电力有限公司博士 滕越

《国网六安兆瓦级氢能综合利用站科技示范工程》


 


 

腾越:各位领导、各位专家,下午好!今天给各位介绍是我们国网安徽六安兆瓦级氢能科技示范工程项目,今天在座的各位都是储能领域的专家,所以我前面储能方面的背景在这里我就不赘述了。

目前在世界范围内,针对能源互联网中的氢储能电站的应用研究主要集中在以下几个方面,电解和发电装置的制造方法、储氢装置的选择,电解和发电装置与电网的连接,系统设计和容量配置,运行效率和寿命,以及氢能电站和其他基础设施的整合。

目前国际已建和在建的固定式氢储能设施大约有60余座,主要分布在德国、加拿大、意大利、法国和丹麦等地,我们统计了一下国外的固定式氢储能技术的示范应用,在已建成投运的项目中,有90%的氢利用途径是发电,部分包含热电联供,10%是制备甲烷等等,发电采用的技术主要是内燃机和燃料电池,在已建成投运项目中,有37%是已经连接到公共电网,从电网获取电力或者是并网发电,剩余63%以孤岛模式或模拟接入电网模式运行,部分项目未并网原因是当地没有氢发电的核准电价。

在国内来说,氢储能相关的设施的示范目前是以大规模风电制氢和小规模试验平台为主,其中包括863计划的研究,以及国网公司总部科技项目的一些研究,规模化氢储能应用仍然有待研究和示范,目前未解决的应用难点主要是应用模式和经济效益,系统集成和整站设计等等。

我们的示范工程主要是依托了三项氢能相关的国网总部科技项目以及两项安徽省公司配套的项目,在六安建设国网安徽兆瓦级示范工程,我们前期的科技项目主要是针对以下几个方面开展了研究,首先就是氢综合能源系统构建以及经济性研究,主要是分析了功能可靠性和运营经济效率,并且对运营模式进行了优化,接下来就是对本体的三个关键技术进行研究,包括高适应性、规模化电解制氢技术,主要是针对可再生能源的互动特性,做了兆瓦级电解制氢技术的研究工作,第二个是大容量储氢系统关键技术,以及燃料电池集成及并网关键技术,接下来是氢综合能源系统安全防护技术研究,这也是和中科大孙教授团队合作的,主要是做安全运行以及维护策略和措施的研究。下面就是我们在前面研究取得一定成果的基础上,我们把成果和系统集成、整站设计、安全评价等结合,在建设过程中进行了实践验证。

这是我们现场厂区总平面设计图和效果图,我们站主要的工程建设内容是包括一兆瓦的质子交换膜电解水制氢装置,一兆瓦质子交换膜燃料电池发电装置以及200KG储氢装置,我们现在看到的两个画面是制氢和发电车间和配电综合楼。

目前我们这个项目已经取得了建设用规划许可证、建设工程规划许可证以及消防设计审核合格意见等一些手续,工程计划是在2021年6月完成整站试运行。

在我们设计的过程中和研究过程中,运营模式的探索和经济效益的分析也是我们主要的研究内容之一,结合我们电网运行实际,我们做了这么一个经济效益展望分析,如果是采用在七八九月份电网负荷高峰的时候发电削峰,其余月份售氢,销售收入为调峰时售电收入加上售氢收入。我们测算了一下,要想达到盈利,要有以下条件,第一个是增加制氢收益,第二个是获得需求响应收益。基于这两个假定条件,经过项目投资和资本现金流分析,投资回收期在十一到十二年。

在我们示范工程设计、建设、运营全周期来看,目前我们氢储能的模式在能源互联网中的应用仍有很多待解决的问题,我们列了三个方面是我们认为比较重要的待解决的问题。首先是转换效率问题,目前水电解制氢和燃料电池发电效率有待提高,目前氢储能电到电转化效率为30%到40%之间,比抽水蓄能和电化学储能要低得多,即使考虑燃料电池余热利用,效率依然说服力不足。作为一个固定式电站,如果能够选择合适的氢储能技术路线,提高转化效率,是目前氢储能发展需要解决的问题之一。

第二个是氢气管辖问题。氢气目前仍然按照危险化学品管辖的,按照规定,非化工企业自建氢储能电站,依法不能售卖氢气,这对我们的电站商业模式造成了严重的限制,国家能源局关于中华人民共和国能源法征求意见稿,今年4月征求意见,其中第一次在法律上确定氢能属于能源。

第三个是市场机制的问题,目前电力辅助服务市场机制仍然有待完善,部分省份已经发布了电力辅助服务市场运营规则,主要是对电化学储能参与电力辅助服务市场的交易主体、交易方式等做出了相关规定。这是决定氢储能技术能不能大规模应用的关键因素。

在这个基础之上,明确氢储能适宜的应用场景,推动健全电力辅助服务市场,最大限度利用无法消纳的可再生能源制氢,实现售氢+售电等丰富的运营模式,进一步提高能量转化效率,是氢能在互联网应用中的广泛应用的前提。

未来,在能源互联网中,如果能够解决我们前面提到的这些问题,在未来也是能够在能源互联网中实现大规模氢的制取、存储、运输、应用一体化。吸引更多的社会资本和各类市场主体参与能源互联网建设和价值创造,带动产业链上下游共同发展,打造共建、共制、共赢的能源互联网生态圈。

我的汇报就到这里,谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)
 

 

杭州高特电子设备股份有限公司总经理 徐剑虹

《BMS对储能系统安全的关键作用》

 

 

 

徐剑虹:各位专家、各位同仁,大家下午好!

今天是储能安全的会议,很多人说到了电池的安全的机理,说到了消防怎么去防护等等,我给大家带来的更多的是从BMS这个角度来看储能系统的安全怎么解决?

截至到2019年,中国累计投运电化学储能项目装机规模为1.7GWH,预期2020年将完成2GWH,这是一个非常快速的增长,在这样一个增长的过程中,我们看到了储能电站的安全隐患依然存在,对储能电站的安全性、可靠性提出了严重的质疑和担忧,也严重的阻碍了储能行业的快速发展。截至目前,韩国已经发生27起储能安全事故,国内报道五起,美国一起。

这个安全隐患主要在电网侧有几个特点,第一个是电池容量非常地大,往往达到了兆瓦级,甚至在一个集装箱,现在像比亚迪推出的集装箱箱体,一个集装箱就可以达到6GWH的储能容量,一旦发生安全事故,就会引起燃烧的链式反应,导致非常严重的损失。第二个,整个系统是非常复杂,电压很高,现在已经达到了1500伏高电压等级,对于整个系统的绝缘电器提出了很高的要求。第三个,就是整个的系统非常复杂,环境非常恶劣。

以上所有的都是电器的安全问题,电化学储能最主要的单元是电池,所以电池的过充、过放、过温、以及短路是电池储能最大的安全隐患,我们今天谈论最多的也是电池,但是其实在储能系统当中发生的问题,有相当一部分还是电器问题。

我们认为储能电池系统的安全设计主要要从三个方面来考虑,第一个就是电池的本身安全,假设我们所使用的这个电池根本就不会燃烧呢,今天我们储能电站的安全问题可能就不需要讨论了,非常遗憾,就像孙院士早上说的,电池的机理本身决定了,由于它的材料,比如这些材料高温时会释放氧气,我的电解液、我的隔膜都是我的材料,都是可燃物,在一定条件下它可能就会燃烧,所以如何使用不会燃烧的电池,这是我们解决的根本之道,现在已经有水系电池,这些电池本质上来说就是不会燃烧的,孙院士我刚刚跟他聊的时候,他说我能不能在电解液里面加一些阻燃剂,使电解液不会燃烧,这也是一个方案。至少目前为止,我们在用的电池大部分是铁锂电池,磷酸铁锂电池本质上来说还是有发生热失控的概率。

很显然,遵循预防为主、消防结合的原则,系统解决储能电池系统的安全管控问题。要做好电池安全预警和保护,储存BMS是关键。高特是一家做BMS的公司,高特基于储能项目的应用经验和技术积累,系统性提出了储能电池系统主动安全管理的技术方案,下面分成五个大块,我们后面一一来说。

第一个,就是对电池的运行数据分析和维护管理,也就是说电池发生热失控,并不是某一天突然发生的,它是一个积累的过程,就像我们人一样,我们人生病也是一个积累的过程,我如何做到在它没有生病之前,我能够监控它已经有了生病的这一个积累的因素,我能够去判别它,所以这个就需要长期的监控的过程,就是把一个数据长期的监测下来,这种对电压跟温度的监测,以及温度变化的状态,电池的健康状态的分析来建立一个电池系统的预警机制,也就是说电池实际上在运行,我们不知道它已经带病了,所以这一过程非常重要,也就是说我跟孙院长刚才说的,就像人一样,我可能今天心率不太好,怎么办,最有效的办法,带一个随身因携带的24小时的心电图仪,你可能监测一年,你这个心脏到底怎么回事,那就一清二楚了,这个恰恰是BMS在做的工作。第二个是采用主动均衡的电池管理系统,做号电池性能的均衡管理。第三个是做好热失控管理。

第二个,我们提出电池的安全状态评估参数—SOS,这个是我们在2017年提出来的,因为我们知道评估一个电池有很多参数,打个比方SOC、SOP、SOE、SOH,评估一个电池有多个维度描述它,其中安全是非常重要的维度,这个维度我们恰恰是缺失的,我们提出来一个参数就是SOS,通过对每个电池的电压、温度的监测,结合SOC、SOH内组的变化,温度的变化来给出SOS这个评估,建立一个数学模型,大家可以看到,这个数学模型里面所包含的因素,我们把这个SOS分成十个等级,也就0是最低的,9是最高的,我们希望能够给出这个参数之后,比如我到了可能发生热失控的时候,7、8的时候,我们就让这个系统动作,把这一个充放电过程给终止掉,防治这个热失控的连锁的反应,大家可以看,我们在做的时候,非常重要一点,比如这是一条充放电曲线,大家可以看,我放电过程中,我放的越低,可能就面临着铜的吸出,这是一个危险因素,同样我在充电过程,或者在低温充电,或者过充,这个过充当中,可能会面临着粒子的吸出,这都是一个风险性极高的状态,很显然,我电池的工作范围,越在中间段,它的风险性就越低,一旦发生这种过程,发生的次数越多,就相当于电池受伤的概率越高,发生热失控的概率也就越高,这个模型最基本的理念就基于这个电池的运行状态来进行分析。第二张图是基于对电池内组进行分析,第三个是温度,很显然,这种变化量,越是接近于边缘,这个电池的失效,发生热失控的风险就越大,它的SOS也就越大。

第三个,我们采取了一个保护的策略,各种逻辑,这个我就不展开。第四个,我们把消防跟我的BMS结合在了一起,大家可以看到,正常的储能模组,我们一般只采了电压、温度,我们已经在一些项目当中,我们把气体传感器放到了电池模组内,放到电池模组内带来什么好处呢?我们大家都知道,任何储能安全事故的发生,我们排除电器的因素,可能就是某一节电池发生了热失控,或者发生了燃烧,然后发生了热传递和电池的反应,如果我能及时发现某一些电芯发生气体泄露的话,我就可以非常及时准确的来采取消防的动作,这个时间大幅度被缩短了,效果也会更加好,然后我的消防的区域被局限在某一个区域了,这个就使得我的消防和BMS进行了结合,大家可以看到,我们做BMS、PCS、EMS及消防系统的联动功能,开发了一个系统。为此,我们做了整个的硬件,把所有的系统都接入到硬件产品当中,这是我们现场已经做的案例的图片,这是一个产品,这原来是一个BMS的显示器,我们把消防的内容纳入到烟感,比如气体传感器、温度探测点都做到里面了。这是整个设备的技术参数。

第四个,我们做了一个黑匣子,做了一个储能电池运行系统监测的设备,这个设备我们叫它“黑匣子”,这个黑匣子放在整个总线上,把所有的关键数据,高速的记录下来,一旦发生了事故,我们就可以把这个黑匣子拿出来,这个黑匣子跟EMS不是走在一起的,是完全独立的一个系统,包括电源,包括数据,全部是分开的,也就是说当一个储能系统发生燃烧,发生故障的时候,安全事故的时候,哪怕这个站全部烧完了,这个黑匣子也可以完整的保留下来,我们做了一个安全防护等级比较高,可以在高温下存储数据达到安全的保护,做了这么一个黑匣子。

我们的项目应用:我们在江苏电网、湖南电网的52MWH,包括福斯特,现在还有两个项目在做,包括上午我们南网公司介绍的在T46项目里面,我们也把消防做到里面去,在杭州正能项目里面,我们把传感器做到里面去了。

最后介绍一下高特,高特从2010年开始就参与了储能项目,国内的重大项目我们参与了不少,到2019年年底我们完成了将近600MWH的储能的BMS,其中100MWH的梯次利用储能电站。

谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

南京工业大学教授 王志荣

《锂离子电池热失控产物危险性研究》

 

 


 

王志荣:各位专家,大家下午好!

首先感谢大会组委会的邀请来做这个报告,也非常荣幸有这个机会来参加这个会议,包括昨天晚上我们交流,到今天上午,一直到今天下午,学习了很多东西,真的是收获满满,所以今天我想也是跟大家分享一下,我在南京工业大学带的研究团队做的一点点工作,跟大家分享,请大家批评指正。

我报告的题目是锂离子电池热失控产物危险性研究。为什么做这样的课题呢,前面几位专家,包括上午孙老师和王青松老师都说到了消防预测预警,实际上电池可能大家目前关注的比较多的就是消防这一块,火灾,然后热失控,对于预测预警,刚才实际上我们徐总也说到了气体的探测,我们做这个课题主要是考虑,热失控产物也有一些特征,这些特征有助于我们做锂离子电池热失控的预测预警,包括它跟消防相关的火灾,它燃烧物质是什么,燃烧产物是什么,我们做一点探索,希望能够对锂离子电池热失控的监测预警,包括它的直接危害,上午有专家提到电池发生火灾,它燃烧产物对人有没有伤害,会不会造成一定的危险性,我们主要围绕这个课题来做一点点工作,跟大家汇报。

我汇报分四个方面:

首先是研究背景,刚才我大概提了一下,锂离子电池新能源的意义我就不在这里多说了。

当然,包括近年来我们国际上关于锂离子电池重要的设备,也多次出现召回事件,包括2013年索尼公司的,还有2016年三星NOTE7的召回,这说明我们锂离子电池的电器设备也可能出现一些质量问题,出现热失控,引发一些事故,或者是它的质量带来的负面影响,也是比较大的,给我们产业带来了不好的影响。

这个表是我们课题组收集的关于近年来锂离子电池的安全事故,从事故发生原因来看,实际上锂电池它出问题的主要是热失控,所以从事故统计来看,大部分都是热失控引发的,包括引发的各种火灾、爆炸,所以我们这个课题围绕热失控的产物,包括气体,包括固体,在国际上,在国内外目前关于这方面也做了一些研究,我们也做了一些现状分析,包括锂离子电池、热失控产生的气息和固体产物,它的发生情况,它的发生发展的过程,它的温度的变化,气体浓度的变化,固体产物成分的变化,做了一些研究,而且很多工作都集中在某一个点上,例如它产生的气体成分,到底热失控产生的产物。上午有专家报告就是烟气,实际上烟气成分还是很复杂的,烟主要是固体颗粒,气主要是可燃性气体。

总体来说,锂离子热失控产生的气体,大部分气体都是易燃易爆或者有毒有害的成分,而且会引发后面的火灾,燃烧,甚至是事故。当然也有专家研究了它的定量的气体成分的含量,包括整个热失控过程产物产生过程中的一些特征,包括可燃气体的释放,还有颗粒物,还有烟,还有火焰,包括火花飞溅的爆炸,固体产物粉尘、粉末的成分危险特性都做了研究。包括它的气体产物和固体产物产生的原因,发生化学反应,一些起化反应,包括催化反应,国外专家都做了一些研究。
下面我重点汇报两个内容,第一个是锂离子电池热失控产气过程及释放气体的特性,我想从五个方面,第一个是实验方法,第二个是产气过程的规律,第三个是成分及含量分析,第四个是不同条件,特别是不同环境条件下,它的产生的气体成分区别,最后是一般情况下,空气当中锂离子热失控产生的气体爆炸危险性有多大地我们做了一些定量的计算和分析。

首先我们看研究方法,我们做的对象就是最普通的18650锂离子电池,也就是三星的三元电池,我们研究对象很简单,就是单电池,在研究方法上,我们主要是搭建了一个实验装置,这个实验装置可以通过电加热让它发生热失控,热失控过程中的温度监测,包括它热失控产生气体往外释放的气流的速度来测试,包括产生这种气体,我们收集,然后做一些定量的成分分析,包括热失控产生气体,后面发生燃烧,燃烧的固体成分,我们做了成分分析,包括气体混合物的爆炸极限,我们也做了一些测试。总体来说,就是围绕它产生的气体和固体危险性我们展开了探索。

通过研究发现,锂离子电池热失控产气的过程,比如这几个图(PPT)就是热失控产气过程四个不同的阶段,上午的专家也都把过程做了报告,主要是包括刚开始电加热的时候,它有一个自热的过程,自生热的阶段,还有阀门打开的阶段,另外接下来温度达到临界温度,就会发生热失控,最后热失控消亡,整个四个过程,这是室内空间,如果是在一个小的空间里面,它的热失控的阶段也是一样的,只不过它的火焰,燃烧的剧烈程度和它的产物会有一些区别。这个是我们做的它的正畸在热失控以后X光的图片,包括它的整个热失控过程中的放热量,随时间和温度的变化曲线。

总体来说,我们关注了一个点,就是锂离子电池的SOC,也就是它的电量、电荷对热失控过程和热失控产生气体的过程是有比较大的影响,不同的SOC热失控的剧烈程度不一样,产生气流的速度不一样,颗粒固体产物和气体产物都会有所区别,这个在后面的数据里面都可以看出来,像左上角这个图是气体颗粒分布的一个测试的结果,右下角这个图是不同的SOC,锂离子电池热失控产生气流流速变化不一样,右上角这个表是气体释放速率,也是不一样的。

这个是我们产生的气体成分的GC的谱图,比如说从热失控气体成分的GC谱图来看,我们可以通过分析获得气体成分当中的某一个具体成分,比如这几个图就能够证明,它这个产物里面有大量的二氧化碳,上午王青松教授报告里面也提到了二氧化碳、一氧化碳和氢气,在我们研究中也发现这样的结论。

这个是我们通过测试得到气体成分的含量和气体种类,从右边这个表来看,实际上锂离子电池产生的气体的成分还是很复杂的,可能有三十几种到四十几种气体,有二氧化碳、氮气这些惰性气体,也有易燃易爆的一氧化碳、氢气、甲烷、乙烷,还有其他的碳氢化合物。含量最多的是氮气和二氧化碳,所以我们现在做气体监测的时候,大部分取一氧化碳和氢气,刚才徐总报告我们也看到了,有一氧化碳和氢气的气体监测,在燃烧之前做一些预测。

通过我们的一些成分分析,测试结果,包括我们现象的对比,还有我们的一些试验的结果,我们也对锂离子电池热失控产生气体的过程,它是什么原因造成的,发生什么样的化学反应,产生这样一些,三十多种,甚至四十多种以上的气体混合物,是怎么产生的,我们也对主要的成分做了一些理论上的分析,比如二氧化碳的产生,二氧化碳的产生,它有很多种可能性,我们这个地方列了六种,第一个就是SEA膜,隔膜的热分解产生二氧化碳,还有电解液的分解反应,包括负极材料石墨和氧气,高温情况下也可能产生二氧化碳,还有电解质,除了电解液还有电解质,一些盐类的,这些盐它也有可能通过和水,或者是氟化氢反应生成二氧化碳,另外负极也可以通过正负极的离子还原反应,产生碳酸锂,碳酸锂的分解也能产生二氧化碳,所以机理非常复杂,不是仅仅一种途径来产生二氧化碳。像氢气,氢气产生的可能性也是比较多的,例如锂和水的反映直接产生氢气,还有锂与反应生成的氟化氢反应也可能产生氢气,还有一些胶黏剂、黏合剂,它跟氧化锂之间的反应,还有一些羧甲基的反应都会产生氢气。

我们还研究了一氧化碳,为什么产生一氧化碳,很多可燃物质的不充分燃烧都会产生一氧化碳,还有电极的正畸锂离子反应也会产生一氧化碳,还有碳酸锂的高温反应与石墨中的碳酸反应产生一氧化碳,等等我们都做了理论研究,包括甲烷和其他气体产生的过程,这样的机理。

第四个,我想跟大家简单报告一下,我们通过试验研究发现不同的气氛环境下,热失控产生的气体的区别,大家都知道,锂离子电池热失控大部分都是在狭小的环境下,在有些要求比较高的场合,可能用多惰化气体进行惰化,它也有可能产生热失控,这个热失控跟空气中有没有比较大的区别,它产生的气体有没有什么不同,我们也简单做了一点研究,结果发现,在空气和氩气环境下,发生热失控反应的温度变化程度差异不大。

另外,不同的SOC,它产生的热失控的时间,它的热量和它的反应也有所区别,这个我想在座各位专家都比较熟悉,很多跟文献当中结果是相同的,我不多说了,SOC越高,满电量的,热失控危险性越高,火灾的防控难度要大一些。

另外还有一个就是我们的环境温度,不同的环境温度,热失控产生的气体,它的这样的产气过程也有所区别。还有我们不同的升温速度,这个不同的升温速度是我们电加热化,通过外加热源,电加热来产生这样的高温环境,实际上升温速率越高的话,我们研究发现,它的气体浓度也是增加的。电池环境温度高的话,产生的像一氧化碳浓度就会增加。

另外,热失控产生气体燃烧爆炸危险性的研究,从理论商来说,这个表格就给出了基本的危险特性,当然它是混合物,又有惰性气体,又有易燃易爆的气体,总体它是燃烧的。

这个我们通过试验装置,对它的燃烧的过程也进行了研究,研究发现,在不同的气氛环境下,在氩气环境下,它产生烟气比较多,也会燃烧,但是这个燃烧是从电池内部喷射出来的可燃物物质在喷射口,由于没有氧气嘛,所以燃烧的幅度不是大,但是如果在空气当中会发生剧烈的燃烧的火焰。

可能还有一个就是我们对它的气体不同的成分,这种混合物它的爆炸危险性我们做了一些理论计算,也做了一些试验测试,进行对比,研究发现,锂离子电池热失控产生的气体混合物,爆炸极限范围还是非常广的,非常大,8%到52%,这就解释了我们在做试验的时候,包括工业、产业化应用的时候,很多事故都看到了着火了,为什么会着火,为什么会发生轻微的燃爆,是因为它产生爆炸性气体,很多情况下没有爆炸,而发生燃烧,这就是原因,但是不代表它没有爆炸性地如果初期的时候没有燃烧,只是喷射、泄露,如果在有限的空间,跟空气混合,就会形成爆炸性的空间,上午专家也提到,我是非常赞成的,所以防爆也是要考虑的。

这个是我们从不同的影响因素考虑,比如说不同的SOC,不同的升温速度,不同的环境温度,不同的条件下,它的锂离子电池热失控产生的气体的爆炸极限的变化,我们测试了它很多爆炸极限的数据。

下面汇报第二个方面,就是热失控以后产生固体,固体我们也做了一些研究,从试验的方法做了一些研究,包括它的成分,包括热稳定性,包括它的爆炸危险性,还有它的危害性,我们最后探讨了它的形成机理,这是我们简单的试验装置,我们一些常用的TGA、DSC,我们做了简单的研究,另外对它的成分,包括产物也做了宏观和微观的测试,通过测试研究固体产物的危险性,是不是易燃,如果发生粉尘能不能爆炸,都做了一些测试,热稳定性怎么样,高温情况下,会不会发生燃烧,甚至爆炸,我们也做了一些简单的研究,这个是我们通过试验产生固体粉末,收集起来,右边是研究对象,把固体粉末做一些测试和研究分析。

固体粉末这是我们做的一些测试的数据表,通过研究发现,我们的固体产物,它跟气体一样的,也是一种混合物,而且这个成分也非常复杂,当然这个固体形成的过程机理非常复杂,一方面是热失控自己的热失控反应产生的固体产物,喷射出来的固体物质,还有一种是在空气当中喷射出来之后,在空气当中燃烧的产物,第三个就是仪器设备测试过程中,当然可能有一些测试过程中产生的一些产物,当然总的来说,这种固体产物大部分都是一些炭氢化合物,包括一些金属的。

固体的具体的分析,我们通过测试,发现它的炭含量,就是固体反末物质的炭含量大概在68%到69%,除了炭之外,还有有机硅,有机小分子,还有二氧化硅,金属氧化物等,当然我们也做了一些电镜SEM图片分析,包括它的EDS化学元素的分析。总的来说,这种固体产物它大部分都是一些有机的化学物质,包括碳酸盐,金属、金属氧化物等。

这个是我们做了一个热稳定性的分析,这些固体颗粒收集起来做一些热分析,通过热分析发现,在高温环境下,这种固体产物它可能会形成一些金属的共性的混合物,不同的SOC和不同的加热速率对它的热稳定性也有一定的影响,在不同的环境下,它的产物成分也有所区别,时间关系,不和大家阐述它的变化。

第四个是对一般的锂离子电池,在空气当中如果热失控,产生固体的颗粒进行递进测试,我们担心会不会形成粉尘爆炸,通过测试发现,粉尘颗粒在空气当中粒径范围为8.49到300微米,颗粒粒径还是比较小的,只是它的比重比较大,所以不太容易形成粉尘云,如果像面粉这种小的密度的话,那我们研究的就不仅仅是锂离子电池的热失控形成火灾,还要研究锂离子热失控发生的粉尘爆炸。我们用东北大学粉尘爆炸的设备对这个粉尘也模拟了粉尘云的条件做了测试,结果发现,一般的锂离子电池热失控粉尘不太容易发生爆炸,而且我刚才分析了,它的密度比较大,所以它不太容易悬浮在空气当中,这也是比较好的,如果它容易发生粉尘云的话,它的危险性就更大了。

最后我们对这些固体粉末进行对人体危害的影响,做了简单的分析,实际上这种固体产物,我们通过成分分析,发现它有一些重金属,这些重金属对人体还是有一定的健康的风险。后期我们还会做一些其他的研究,这只是初步的研究,还没有深入研究。

最后我们对固体产物产生的机理做了简单的理论方面的解释和分析。我们认为锂离子电池热失控产生的固体产物大部分都是电解质的不完全燃烧,一些电解质和电解液反应的时候产生的。这种反应安全阀打开,喷射出来之后,这种产物形成固体物质。总体来说,我们觉得锂离子电池热失控的产物主要是有机硅,还有一些苯系列的衍生物,还有羟基、羧基的化合物,主要是炭氢氧和一些酯类化合物的固体组成。我们也对它固体产物产生的机理,化学产生机理做了简单的分析,包括比如说热失控排放的气体有甲烷、丙烷、乙烷,这些物质在一定条件下会发生化学反应,生成固体物质。

包括在乙烯的作用下,形成的羧基和羟基的化合物可能产生的化学反应,包括在甲基自由基,氯自由基,一些酯类的固体物质也可能发生化学反应,形成产物。包括SEA膜隔膜的分解与电解质之间的反应,这个我们都做了一些试验,当然通过我们的测试结果对比来推测可能化学反应的过程。

最后我想简单的对目前我们做的这一点点工作做一点展望,就是今后可能还会做的一些事情。

第一个,我们目前跟王青松教授讲得一样,我们做的试验研究都是针对某一特定类型的锂离子电池尺寸包括它的有限的电量做的试验,它的气体成分在不同条件下会发生变化,所以如果说要把这个工作做完美的话,还要做大量的试验,不同类型的电池,不同环境条件,在平氧条件下,在负氧条件下,包括在西藏,青藏高原,低压环境下,它的产物都可能发生变化。

第二个,我们试验装置比较简单,还需要去做复杂的环境,包括一些惰性环境、真空环境,再看它产物里面有没有其他的一些变化。还有一个就是我们做单颗电池,前面专家也汇报了电池热失控的传播、蔓延,电池组的整体的热失控的多米诺效应,多米诺的过程,这个产生的气体成分,气体和固体会不会有些变化,我想应该会有一些变化。

最后是我们最终比较简单的研究,最终落脚的还是要做精准预测模型,我们通过大量的试验数据和现场的数据来比对,建立比较准确的预测模型。

我想利用这么有限的时间跟各位专家做简单的汇报,如果有什么问题,我想欢迎大家到南京工业大学指导工作,指导我们课题,我们还要继续做,做一点事情,谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

安徽省能源研究院电力规划中心博士 张翔

《安徽省储能应用前景及商业模式探索》


 

张翔:各位领导、各位嘉宾,大家下午好!

很高兴今天可以作为今天这个论坛的收尾,以我们安徽省储能应用场景及商业模式探索。我来自安徽省能源研究院,我们扎根于安徽,立足服务于政府、企业提供咨询、规划以及提升业务。

今天我介绍这个课题主要是今年省能源局给我们出的一个课题,叫电化学储能在安徽省十四五发展现状以及未来应用分析。今天很高兴代表课题组把我们的研究成果跟大家做分享,有什么不对的地方欢迎大家批评指正。

今天的报告分为三个部分,第一,安徽省储能发展现状,第二,安徽省发展储能必要性,第三,安徽省储能应用场景和商业应用的探索。

首先在发展现状这一块,我们主要介绍两个,第一个是储能发展规模和现状,第二个是安徽省储能发展的整体环境。在抽水蓄能这一块,安徽省目前已经建成响水涧、狼牙山、响洪甸等3座抽水蓄能电站,总装机168万千瓦。在建绩溪、金寨抽水蓄能电站,总装机300万千瓦。

电源侧我们以配套储能为主,今年6月份安徽省省内首个风储项目,就是华润濉溪项目,6月份成功并网发电,8月份华能蒙城40兆瓦项目,也是目前国内容量最大的风电配套储能项目。到2020年底,全省在建和已建成的储能项目大约20个左右。用户侧包括光储充一体化项目,庐江国轩新能源储能电站,电网侧,目前安徽省目前暂没有电网侧的储能电站投运,氢储能,位于六安,国内首个兆瓦级氢储能项目,压缩空气储能,在芜湖有500KW非补燃压缩空气储能发电示范项目。

安徽省化学储能发展环境,我们从外部环境和内部环境进行分析。首先外部环境是储能电池成本快速下降,从内部环境来说,首先安徽省抽水蓄能电站资源是非常丰富的,目前我们安徽省抽蓄主要是接受华东地区的统一调度,容量来说,一般是服务于安徽本省,另外一半是服务华东市场,因此我们判断,储能联合火电调频市场在安徽市场是比较有限的,在用户侧方面来看,我们认为用户侧有海量、分散等特点,但是受限于安徽省目前缺乏相应的政策支持和电价空间,未来发展前景不明朗,未来需要借助储能技术进步和成本下降,探讨用户侧的商业模式。

未来安徽省储能空间主要集中于新能源配套和电网侧储能,用于解决新能源消纳的问题,电网调峰能力不足,以及地区负荷快速增长带来的电网设施送电能力与需求不匹配。目前来看,我们省风电配置储能主要用于平抑新能源对电网供需平衡的影响,加速项目并网,属于企业自愿调峰责任,电网侧还需要详细的落地细则和落地政策支撑。

第二部分是安徽省发展储能必要性。这里从安徽省电源分布以及电网特征分析进行阐述,最后得到为什么需要发展储能。

首先安徽省电源分布,从右边这张图可以看出,以淮河和长江,安徽分为皖北、皖中、皖南,可以看到皖北地区的煤电占比大概在54%,新能源占比41%,这也是相当于安徽省电源中心,皖中是负荷中心,这里没电占比19%,新能源占比46%,这张图我们可以得出两个结论,第一个是安徽省地缘集中度相对比较高,另外皖北电源中心和皖中的负荷中心在空间上有一定的匹配性。

安徽省电网特征,这里我们归纳有两点,第一点是供电需求增长很快,“十三五”以来,受到国家中部真性战略和安徽省承接产业转移影响,安徽省电力需求增长较快,2019年,全社会用典量、最大负荷分别为2300亿千瓦时和4480万千瓦。值得一提的是,目前安徽省平均用电量相当于全国用典量的6.9%,因此在十四五期间,安徽省电力发展将有一个非常大的前景。

第二个是峰谷差逐年增大,可以看出来,从2010年大约是500万千瓦到2019年的1400万千瓦,最大峰谷差是不断增大的。另外从咱们安徽省的年度负荷和日间负荷基本上呈现双峰双谷。

安徽省为什么需要发展储能?第一点,安徽省全省消纳形势严峻,近年来,新能源大发期间,全省火电机组调峰能力已经达到极限。2019年安徽电网新能源消纳压力空前,电网运行调解难度极大。在春节、五一、国庆等节日负荷低谷时段,安徽省多次出现新能源消纳风险。另外就是今年由于受到疫情影响,我们的用电需求有所减少的,但是1到5月份,新能源发电量呈增长趋势,这也更加加剧了电网调峰的形势。

从局部来看,也是受新能源发展的影响,呈现重载满载的现象,“十四五”期间坚决全省调峰趋势进一步严峻,为了保障进一步消纳,安徽省急需增加调峰电能。

另外,安徽省目前的调峰资源和措施单一,截至2019年底,安徽省全社会装机容量7400万千瓦,其中水电300多万,风电274万,光伏1254万,火电占70%,调峰资源相对比较单一,主要以煤电为主。

第三部分,是咱们储能应用场景和商业模式的探索。这里可能分从电源侧、电网侧和用户侧三个方面进行探讨。

安徽省在“十四五”期间存在多大的调峰缺口呢?我们进行了简单的测算,我们把“十四五”根据我们做的一个十四五的电源规划来看,在“十四五”我们预计会有160万千瓦的规模,抽蓄有468万千瓦,可再生能源它的预测发展规模设定为光伏1854万,风电500万,生物质250万,新增煤电+区外来电,有两种方案,一种是1500万煤电,一种是1000万煤电加800万直流电。我们结合历史趋势分析,以及社会发展,预测2020年到2025年,结合负荷特性,结合新能源特性,我们得到了调峰的平衡结果,“十四五”期间,我们每年都存在调峰缺口,春季调峰缺口最大,秋季其次。

这里主要是对目前几种主流的电化学储能的技术路线包括铅酸电池、锂离子电池、抽水蓄能它的成本进行测算,这里每一个颜色,它的框框代表这种技术路线在出现它的最低平准成本的概率。最终我们可以看出,电池技术在2025年以后,大多数的应用场景里面会展现出最低平准化成本最高的。2030年,锂离子电池可以在大多数应用场景里面可以有一个最佳的成本效应,并且随着投资成本增加,锂离子电池也可以在持续放电下,有可能取代抽水蓄能,成为最低成本效应的技术。

这里是对于十四五期间电源电网用户侧储能发展规模的设想。我们考虑到抽蓄跟新能源分别分布于皖南皖北,不能有效解决新能源接入带来的局部消纳的问题,我们考虑应该按照集中+分散兼容互济、共同发展的模式。安徽省2025年电化学储能规模可达到200万至400万千瓦左右。我们分别进行了一个配置,其中电源侧是60万到120万千瓦之间,这里主要是考虑新能源配置储能,另外我们还考虑20万的混电联合调频。电网侧是有75万到160万的空间,用户侧我们排了50到100万千瓦的发展空间。

电源侧:电源侧新能源配套储能发展有利条件:新能源持续,2019年,安徽省风光装机分别为274、1254万千瓦,经初步预测,2025年末,预计可以达到500万到1854万千瓦。新能源随机性、间隙性、低转动惯量等给电力系统带来影响,随即扰动冲击、暂态特性、频率、电压等多种问题交织耦合,高比例接入电网后,增加电网调峰负担,因此我们认为,储能的大规模应用,可以平滑新能源调峰压力。

这里是新能源配套储能布局设想。我们认为安徽省储能侧的分布一定要结合我省能源分布情况,要突出在皖北地区,这里包括宿州、两淮地区、亳州、阜阳等地区,都是需要配置新能源配套储能,起到促进新能源消纳、延缓电网设备升级等双重作用。另外在合肥、芜湖可以配备电网的储能,解决过载的问题。

电源侧商业模式。这里我把商业模式打双引号,因为目前我们电网新能源配备储能最主要目的还是为了提升可再生能源消纳。目前面临的挑战,我们认为风电配置储能主要是平一新能源对电网供需平衡的影响,加速项目并网,属企业自愿调峰责任。

电化学储能成本依然偏高,以我省电源侧风电场配置储能电站为例,若按照20%容量1小时规模测算,电化学储能也占系统总成本的6%左右。

电网侧储能设置也是比较依赖整体宏观政策,从国家层面,我们从2017年到今年陆陆续续发布了很多政策文件,包括促进储能产业的指导意见,包括行动计划,包括今年8月份风光储一体化等等很多文件,具体到华东层面,2019年修订版两个细则,规定根据国家相关政策需求和华东电网需求,对并网运行好的项目进行修改完善。

电网侧商业模式,我们认为最主要的一个模式是通过提供辅助服务,我们市场规模,据我们调研,是从今年1月份到10月份,调峰辅助服务市场的市场规模在8000多万,其他辅助服务,除了调峰以外,包括ATC,大概在1.1亿的市场规模。目前我们的挑战是电力市场改革还在推进中,储能参与电力市场交易获得补偿的机制尚未建立,受储能纳入输配电价通道限制和电网企业投资收紧影响,电网投资储能项目动力缺失。

建议:

首先建议给予电网侧储能税收、调度等方面的支持政策。这里可以考虑政府牵头,对于有示范意义的电网侧储能电站给予税收、用地政策支持,让储能电站优先参与电网调峰。

2、建议合理定位储能电站,制订完善的电价政策。

3、建议出台安徽省调频辅助服务政策,建立调频辅助的服务市场。

用户侧:用户侧商业模式,目前也是最讲得清、算得明的模式就是峰谷套利,适合于峰谷电价差较高,至少达到0.7元/KWH以上,且用户负荷曲线较好,负荷搭配储能能够较好完成日内电量平衡的企业用户。

2、节约基本电费,通过充放电调解用户用电曲线,合理地控制好用户每月最大需量。

3、需求侧响应,结合政策、利用储能引导用户进行负荷管理。

从安徽省目前的工商业的峰谷差价来看,目前我们的峰谷差价不足以支撑用户侧储能收益,目前安徽省最大的峰谷价差在6毛钱多一点点,没有达到7毛钱的水平,所以未来我们也是需要依靠储能自身本身的成本下降,或者以后如果可以由的话,就是峰谷差价差距拉达,这样对项目有所发展。

建议:

1、建议通过扩价差,增段数的方式,在不影响常规用户用电成本的前提下,可以释放用户侧的储能市场空间,提升用户侧的储能收益。另外在峰荷压力大的地区,进一步增大电价的峰谷差,会更有力地引导用户合理调整用电时间,使社会资源利用效率提高。

2、建议提高用户侧储能政策的灵活性。用户侧储能在一定规则下,我们希望它可以参与到市场化的电力辅助服务,当然这里面也涉及很多技术问题,包括政策问题,包括调度机制问题,需要进行解决。

3、希望进一步挖掘电动汽车储能方面的潜力,安徽省目前新能源汽车产业发展也是非常迅猛,因此我们希望在未来我们安徽省新能源汽车保有量达到一定规模的时候,可以把它进行统一调度,让电动汽车这种负荷侧的灵活性资源可以在电力市场中对电网产生合理的互动,进一步的完善它在用户侧储能中扮演这样的一个角色。

今天我的汇报到此结束,谢谢大家。

主持人:感谢张翔博士的精彩分享。张博士刚才的演讲让我们对安徽新能源行业的发展有了更加清晰的认识。再次感谢各位专家精彩的发言,今天的发言让我们受益匪浅,金坛的论坛到此结束。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

(会议结束)

 

 11月20日上午现场直播
 

 国网江苏省电力有限公司安监部专责高级工程师 郭鹏宇

《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站灭火技术研究》


 

郭鹏宇:尊敬的各位专家、各位来宾,非常感谢中国科技大学给我们这次交流的机会,我是国网江苏省电力公司郭鹏宇,我给大家一起交流的是预制舱式磷酸铁锂电站灭火技术研究,我们2018年做储能第一期,去年第二期,现在陆陆续续开始投运,在此期间,我们组成课题组,对磷酸铁锂电池的灭火技术进行了研究,形成了团体标准,昨天卓工已经和大家交流过了,我今天补充一下,主要是两个方面的问题,一个是灭火技术方案及其分析,另外,在工程实施运行过程中有关的注意事项。我们在这个标准里面,4.8.1提出了电池预制舱内应设置细水雾、气体等固定自动灭火系统,对于灭火系统的类型和技术参数应当要经过模块级的磷酸铁锂电池实体火灾模拟试验验证,为确定系统设计参数的实体火灾模拟试验应当由国家授权的机构实施,在工程应用过程中采用实体模拟试验结果时,应符合下列规定。对系统设计流量、压力、浓度、灭火剂喷放时间等技术参数不应小于实验室结果。

第二是布置方式与试验时相同,第三是喷火控制策略与试验时相同。

根据以上原则,我们推荐两个方案,一个是模块级的系水雾灭火技术,第二个方案用七氟丙烷等气体技术和细水雾联用技术,目前我们通过一系列验证是有效的,当然除了这两个方案,如果要是再提出一个方案出来,能够满足实体火灾模拟试验的模型,当然也是可以的。

在这两个方案里面,最关键的焦点就是水,到底我们电池舱内能不能用水灭火,这个在整个市面上有两种观点,一种观点是不能用水,一种观点是可以用水,至于不能用水的理由我总结了一下,有三个理由。

第一个是DLT5027电力设备典型消防规程规定了,锂电池应设置在专用房间之内,当建筑面积大于200平方时,宜设置气体灭火器。

第二个,国网企标10769《电化学储能电站技术导则》第9.4.5、规定,当锂离子电池电站发生火灾时,严禁使用水喷淋方式灭火。

我们研究了能够用水灭火的理由,我初步归纳了一下,归纳了十项。

第一项就是水细灭火及的特征适用于磷酸铁锂电池的特点,磷酸铁锂电池的特点,在座专家前面都已经沟通过了,火灾特点是A类火、B类火、C类火和E类火,是综合类的火灾,一系列火灾说明了,包括在门口,我们的宣传牌上面,上面三个事故的案例,其中有两个都是复燃的。针对这样的火灾特点,我们灭火的原则,第一,灭明火,第二,持续降温,抑制热失控,这里面抑制热失控,我用红色标识出来,到底是抑制还是抑止,还是中断,还是中止,到底用哪一个词,这一块我没有深入的进行研究过,但是从表象上来看,我用半分钟或者三分钟,把明火灭掉,灭掉之后又持续进行喷,喷十分钟,不会复燃。所以在这个里面,我对热失控,它是一个抑制到中止的过程。针对这一个灭火的原则,对于水细灭火剂来说,我们了解了它几个特征,第一个特征是可以灭A、B、C类火,到底是用水柱,还是用水喷雾,还是细水雾,不同的水的形态,它的性质是不一样的。第二,具有很强的冷却降温能力以抑制电池模组热失控持续发生。

为了研究冷却降温的能力,我们做了一个试验,这个试验是在一个大的铁箱里面,温度达到300度的温度,给它拍摄不同的灭火剂,看一下它的温度降下去,然后再升上来的一个过程,大家看一下这个蓝色的,蓝色的是细水雾,它的温度大约降到70度左右,慢慢往下降,而相同量的灭火剂,持续的时间是最长的,大家看一下六氟丙烷的或者七氟丙烷的,七氟丙烷是粉红色的,一喷上去之后,温度降下来非常快,但是到低点之后,又快速的升上去,说明它保持持续降温的能力不足。我们也发现,我这个水,水力越小,弥漫性就越好,所以如果用细水雾的话,可以用最少量的水能够达到持续降温的效果。

第二个理由,我们大约做了20多次磷酸铁锂电池实体火灾模拟试验,也证明了细水雾是有效的,我这个表里面罗列了四项,我单独的用七氟丙烷灭火的时候,的确是可以快速的灭火,但是过了七分钟复燃了,当然这个设计浓度和我们设计规程里面都是一致的,用全氟己酮灭火的时候,也灭火非常快,大约过了三十秒就灭了,但是过了三分半钟的时间就复燃了。用细水雾可以灭火,一般情况下,三分钟之内可以把火灭掉,灭火后持续喷十分钟,一般是不会复燃的,这里面我们用了模块级的保护。另外,我们用了七氟丙烷加细水雾的形式,前面喷射的是七氟丙烷,后面喷射的是细水雾,达到了快速灭火,不复燃。

现在我们江苏、昆山、淮安几个储能电站都是用这种方式。这个图片上,这个是模组级的七氟丙烷加细水雾的整个的过程,我们通过一系列的试验,也证明了,就是一定设计流量、压力的细水雾可以有效扑灭模组级磷酸铁锂电池的火灾,七氟丙烷、热气溶胶、1230的灭火系统可以快速扑灭电池火,但不能抑制复燃。现在市面上很多论文、试验认为气体灭火系统可以有效扑灭电池火,它的试验基于一到两个单体电池,但是我们又对比了一系列的火灾事故,发现了为什么它那边可以,到实际的现场的时候就不行呢?我说一根火柴和一堆火柴,或者一捆火柴,它的燃烧特性是不一样的,也就是前面在市面上很多的论文,是基于不完整的火灾模型得出的结论。在这里面,我们所做的模组级的电池实体火灾模拟试验,它的点燃方式跟大家明确一下,我们是用过充的方式,整个模组进行过充,或者是你可以进行底链加热,这个底链加热不是只加热中间两块电池,而是全底链进行加热,所有的电池热失控,也就是说这个火灾模型是基于一个模组级的。

第三个理由,我们参照了消防应急救援扑灭抑制电池火灾的方法,公安部在锂电池生产储存使用场所、火灾事故处置安全要点里面,明确的提出来,就是在锂电化成工序和仓储、使用场所发生火灾的,可按照C类火灾扑救方法,使用大量水进行冷却降温,严防爆炸事故发生。第五条第七款中明确指出了,锂离子电池具备持续放电特性,明火熄灭后,应继续利用水枪对火场进行持续冷却灭火。

第四个原因我们也查了一下,我国的地下车库或者立体车库在消防设计中,针对电动汽车的停放位置,自动灭火系统一般情况是采用开式的水喷淋灭火系统。

第五个理由,在美国最新颁布的855标准里面,它推荐使用水进行电池灭火,在NFPA855《固定储能系统安装标准》里面规定,对于电池火,如果有水淹系统,则采用全水淹系统,水雾灭火系统需专门设计,以适用于电池包,其设计的参数如喷嘴间距,流量等应针对于制作商提供的电池包进行实体火灾模拟试验。美国标准提出的水系统的应用思路与江苏技术方案基本一致。

第六个理由,关于DL502710.6.2的编写说明解释,大家可以看一下编写说明里面,它提出了对于纳流电池如果发生火灾的时候,不应使用水和二氧化碳灭火器,由于金属钠燃点低,且遇水即燃,所以禁止使用水进行灭火,最后提出来锂和钠同属于可燃电池,锂电池的消防要求可参照钠电池消防要求。这里面混淆了钠离子和钠原子的概念,我举个例子,我说我们吃的食盐叫氯化钠,你放到水里面会不会烧起来,纵然我们的锂电池热失控过程中,有锂枝晶产生,它产生的那一点点锂枝晶与水相比,谁是主要矛盾,谁是次要矛盾。

第七个理由,关于水对电池等电力设备损坏的解释。我们做了单组电池和模组电池的浸水试验,试验证明短时间的浸水对单体电池、模组电池充放电性能无明显影响,可以保证用水灭火后,未发生热失控的电池可以继续使用。

通过浸水试验,我们从发生火灾损失的这一块分析,我列了三个,一个是浸水损失,一个是火灾损失,一个是社会影响,电池通过浸水再烘干一下,还可以用,但是过火的电池,这个是不能用的,如果要是火烧小了还好,火烧大了,会造成非常大的社会影响,而且我说我是用户,我是电网公司的,如果火烧大了,社会影响,整个我们作为一个国企,我们承受不了那么大的社会影响。从控制策略来说,我这个水启动的时机,我们的标准里面设了两个,一个叫防火启动,一个叫灭火启动,从控制策略来说,一般情况下,我们通过烟感、温感、可燃气体探测器,这三重探测器对相关的信息进行收集,收集过之后,我们根据电池整个的热失控的特性或者叫燃烧特性来安排它的控制策略,在第一阶段的热失控的时候,我们可以探测出轻微的气体,这个时候我们只需要把相关的断路器断开。到了第二阶段,当热失控非常剧烈,呈喷射状向外喷出的时候,烟浓度极具往外生长,这时候还有可能发生火灾,所以我们提出防火启动,这水平你把细水雾灭火系统打开,它不会再发生燃烧。

再一点,补充一下,对于七氟丙烷、1230等含氟类灭火器,遇水会有氟化氢,会产生氢氟酸,氢氟酸对电池会有腐蚀,而纯水不会产生腐蚀,并且细水雾有一定的电器的绝缘性能。

第八个方面,我们对国内外研究机构提出的灭火技术方案也进行了分析,列了三个,第一个,用全氟己酮加适宜的控制策略,这是一个,或者说是再加上干式管路,火如果要是正儿八经复燃了的话,把水进入到电池舱里进行灭火。

第二个方案就是用七氟丙烷,现在很多地方都是用的七氟丙烷的灭火系统,这个七氟丙烷灭外部的火这个是可以的,但是火大了的话,它根本灭不掉,而且还会复燃,所以用七氟丙烷加干式管路的形式。

第三个方案是用七氟丙烷加专用的冷却降温剂,再加干式管路,我们不管采用哪一种方式,而这种方式你要看这个储能电站它的规模,它所处的位置是不是在郊区、闹市区还是在山顶来决定你用什么样的灭火系统,但是不管怎么样,到最后的应急还是用水来应急。

第九个方面,从经济性分析来看,相对于七氟丙烷、全氟己酮,水是易获取、可以持续,而且便宜。

第十个方面,电池舱内可燃物比较多,一旦起火,经济损失和社会影响比较大。一个电池舱40节的集装箱,热失控概率比较大,对于一个大型的储能电站,整个电站内大约有一百多万块电池,我们可以保证电池的出厂的时候都是好的,但是你运行了三年、五年,一年两年之后,你不可避免的会出现一块、两块电池,它的质量就不行了,可能就会发生热失控,所以从电站正常运行来看,其实热失控是一个大概率的事件。

结论—国内外共识:水是磷酸铁锂电池灭火的有效手段。

在工程实施的时候有关的注意事项,我们这边也做了真正的工程应用了。在细水雾灭火系统的设计,提出了设计的要求,电池舱内所采用的细水雾灭火系统要符合国标50898的要求,并且还提出了七点要求,第一点要求,设计参数要根据实体火灾模拟试验来使用,第二,灭火应采用局部应用的开式系统,第三,一个喷头保护一个电池模块,雾滴分布应全覆盖模块内部;第四,电池模块外壳应专门设计,确保细水雾有效喷射空间且水雾溢出率不低于25%;第五点,灭火系统应具有自动、手动、现场机械启动方式。第六点,设计的时候要考虑施工吊装、可燃气体爆燃造成的管路受损情况,增加防变形的技术措施。另外提出,除了灭火性能以外,灭火系统的组建要符合细水雾灭火装置GA1149。

施工要求提了两点。第一点要符合国标58989的要求,就是管路施工过程中一定要保证管路里面没有什么杂质,否则水一开就把喷头堵死了,这在施工过程中一定要关注。第二个,我们在团标里也提出了预制舱安装电池模块之前,建议将消防水系统、固定自动灭火系统安装调试合格,因为从市面上所发生的事故来看,很多是处于施工过程中,包括在外面我们的宣传牌上面,江苏湛江的那一起,就是施工过程中造成的火灾。

下面说一下热失控的应急处置的要求,就着这个机会,我一定要跟大家呼吁一下,我们储能电站的热失控可能会成为一种常态,因为单体电池太多了,电池的质量的问题,所发生的热失控可能会随时发生,不过,这个大家也不要怕,因为从整个运行的角度来看,它是一个电池发生热失控,一个电池发生热失控,它的热量、它的温度会马上升上去,只要前期断掉,就不会出问题。第一步是把簇级继电器断开,这样不会发生正常的簇给发生故障的簇进行充电的情况。第二步,启动通风系统进行通风,这里面明确一下,电池舱内通风系统,和正常建筑物的防排烟系统是不一样的,我们这个通风系统是一套保护装置。在处置的时候,关注这两点。

最后说一下电池舱的火灾处置,电池舱的火灾处置,如果发生火灾的话,一定要设为自动灭火,要用大量的水进行控火和灭火。

我就说这么多,抛砖引玉,感谢大家,谢谢。   (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

浙江华云信息科技有限公司智慧能源公司博士 刘双宇

《基于预防的储能电池诊断云平台》


 

刘双宇:各位与会专家上午好,非常感谢中科大、中科中涣的邀请,我是浙江华云信息科技有限公司储能业务部刘双宇,今天由我向各位分享由华云科技自主研发的储能电池诊断云平台。

汇报主要有三个方面,一是明确储能电池在线诊断的需求,二是储能电站运行监控及诊断平台,最后汇报华云科技的基本情况。

今年以来,储能各界已经明确感觉到储能产业已经到了爆发的前夜,在宏观层面,习主席2060年中国炭中和的提出实际上将风光等可再生能源发展推向了高潮,与之配套的储能产业也迎来了一个爆发的起点。在具体的应用层面,云网核侧对储能需求也从过去可有可无的状态到现在必须重点考虑的时间节点。中国十四五电力发展规划中提出,到2025年,新建电化学等新型储能规模要达到4000万千瓦,以我们现在的储能技术来说,预计90%以上都会是锂离子电池,未来在海量的锂离子电池在储能领域的应用,其安全稳定的技术必须要进行重点考虑和深入研究。目前来看,锂离子电池单体内部的失效机理仍然不够明确,安全相关参数的非线性变化,使得我们储能电池它的运行状态的评估以及预测都变得非常的困难,电池成组之后,电池单体离散度增加,更加增加了储能电池它未来的安全风险以及运维难度。

储能安全是一个多维度、系统性的一个工作,既有时间维度,又有空间维度,在消防系统、监控平台、定时管理系统方面都需要进行不断的技术创新和产品迭代,在这里面,电池管理系统是一个非常非常重要的一个技术和产品,它的主体功能是,重点是提取电池、温度、电压、电流相关的参数,当然也具有一定的SOC内组相关的计算能力,但是这些并不足以去支撑储能电池全生命周期运行状态的实时监测和诊断。

在这里华云科技提出云边协同的储能电池诊断系统概念,这个概念并不是一个非常新的思路,但是对于电网公司这样一个平台型的企业来说,对储能电站的集中监控和诊断,具有非常特殊的需求,因为小概率、大事件,对电网公司来说,它的容忍度其实是比较低的,我们这样一套诊断系统基本的原理是通过边缘计算的智能中断采集电池管理系统提取与储能电池相关的一些参数,通过数据的清洗、加工和一定的算力,将数据传输到云端,在云端,我们部署了与电池安全性、可靠性相关的算法,可以对电池的运行状态进行实时的诊断,以及安全提前的预防,并且可以通过人工智能和大数据的分析技术,不断的去提升诊断的精准性和可靠性。

下面介绍一下我们储能电池诊断云平台的基本的情况。储能电池诊断云平台,它主体分为三个模块,在电站级、电堆级和电芯级。电站级是去展示储能电站基本的参数和厂站的布局,在电堆级主要是呈现电池堆的实时的运行的参数和历史的数据,当然还包括SOC和SOH的数据,在电芯级主要是将算法进行图表化,在电芯级里面主要是布置了与电芯安全性、可靠性相关的算法,在电芯层面,它的诊断的功能究竟怎么实现的呢,在算法层面,我们一共有三个维度,第一个维度是重要参数的实时的数据,我们会根据行业的一些规则,或者是数据的一些经验值对它进行设置阈值,这些重要参数主体是包括温度、电压、容量、内组和SOH,超出阈值会进行预警。第二个是重要参数的变化率,我们会给重要的一些参数的变化率设定一个秩序区间。第三个维度是重要参数的变化率,我们设置恒虚警阈值。

目前我们这样一个储能电站的云平台,依旧是AI大数据以及应用平台相结合。这件事情本身具有非常非常大的难度,我们也非常欢迎在这方面有研究经验的团队,大家能够一起合作,推动我们这个储能电池诊断云平台能够逐步走向成熟。

平台能力主要有三个方面:

第一是实时预防及诊断,可以对事故模组和事故电芯进行快速定位,第二是支持站级调度优化,第三是业务快速拓展能力。针对第三点,我想更多的谈一些我们关于平台未来的部署以及产品开发方面的想法和思路。

未来这个平台的部署预计会采用云端和属地部署共同进行的方式,属地部署预计大概率厂站监控平台会做融合性的工作,云端部署更大的价值是便于对平台的产品进行更新和迭代,在产品开发层面,我们有一些想法,但是目前还没有评估它的可行性,我们现在是在考虑下一步重要的工作是将边缘计算的智能终端跟电池管理系统的第三级架构做深入的融合。在这个过程中,就需要加强电池管理系统第三级架构的应急设计,尤其是强化CPU和FLASH方面的功能。

接下来介绍一下我们储能电池诊断云平台整个界面设计的基本的情况,这个界面展示的是我们正在和即将进行部署储能电池诊断云平台的四个站址,包括浙江电网公司储能一级工程的宁波云思变,还有正在规划的储能二期的站址。

在电站维度展示更多的是储能电站基本的站址情况,包括充放电的功率、容量和告警情况,以及可充放电的深度,包括我们对储能站址实际情况进行了建模,也展示了它的布局图,我们现在展示的这个图刚好是我们宁波的基本情况。在电芯层面,更多的是在诊断方面去辅助运维。

对于第一个关键点,随着我们电站的运行,储能电池诊断系统的学习过程,我想数据耦合未来是可以实现的,而且云网大数据的分析系统也会逐步走向成熟,但是针对第二个和第三个关键点,尤其是将内部失效机理外部特征参数的显性化,应该说是一个非常困难的一个工作,因为这里面既有一些共性的一些工作要做,同时还有非常多的非共性的工作要去做,因为电池不同生产厂家的电池,不同的生产工艺,还有原材料的一些变化,都会对锂离子电池内部的一些失效机理的图谱带来明显的变化,本身的工作难度其实是比较大的。

接下来向各位汇报一下我们华云科技相关的基本情况。

首先介绍一下我们这款储能电池诊断云平台的应用情况,我们是首先在电网系统以外,也将其应用到了铁塔还有通信运营商的基站储备系统当中,目前浙江省成面铁塔包括通信运营商正在实时建设基站储备运营系统。目前浙江省一共有十万座存量的红基站,在这些存量的红基站当中,共有五到六万座具备建设可行性。实时储备电系统以后,一方面可以降低5G基站运营商电费支出的压力,另外对于浙江电网公司来说也是一个非常有好处的事情,因为浙江省电网刚刚提出多元融合,高采性电网的建设,一个主体原因是浙江整体的负荷缺口在增大,5G基站确定之后,对负荷缺口也是越来越大。对于广域可调可控的基站储能是非常好的需求侧的资源。另外我们6MW,8.4万MWH的宁波越瓷变运行平台正在建设中。

接下来简单介绍一下我们华云科技的基本情况,华云科技是国网浙江省电力公司的省管产业单位。我们目前是已经到了3000人,年收入在25亿。它是国内领先的能源综合服务领域的数字化解决方案的供应商,它的主营业务主要有几个大的方面,包括电力信息化,电力市场、电子商务,当然也包括储能,我们储能业务部是2018年成立的,当时是响应浙江省电网公司,要推动电网侧储能市场的一个需求。

我们储能业务部它的主体业务主要有三个方面。第一是储能电站的检测业务,第二是储能核心装备的开发,第三是储能系统的集成以及工程应用,在检测方面,我们储能业务部拥有华东地区,目前来说最大的储能电站检测平台,占地大概有5000平米,也是中国电科院储能检测重点实验室的分中心,它目前检测能力覆盖了储能电池、单体模组、变流器和并网检测。在产品方面,我们已经开发的产品包括面向基站的储备电系统,针对配电台区增容、应急保电以及抢修的移动储能电源车,还有刚刚介绍的运行监控平台。当然我们也做了很多与储能规划和咨询相关的一些业务,包括做了一些国家能源局的课题,还有给国家电网、大唐集团、国投集团以及成都经信委做了一些相关的产业规划的项目,目前我们正在实施的是九个浙江省公司电网侧储能项目的检测业务,实际上在检测过程中,可以说出现问题最多的就是电池,电池出现的一些主要的问题,比如说充放电能量不满足实际要求,还有短路测试过程中,会出现一些起火的情况,当然这里面,我想有一些主观的原因,也有一些客观的原因,因为我们所有的这些检测都是按照国家标准来进行检测,标准和产品之间也需要一段时间要去做一些磨合。

另外,我们正在进行四个储能电池云平台的部署,以及三百多个基站储能的建设,还有两个电网侧储能项目正在实施。当然我们还在跟进浙江省的两个电网侧调频的项目。另外在合作方面,我们跟国内的一流的供应商,还有高水平的科研院所,以及第三方协会都有非常密切的合作,这里面包括比亚迪、高特电子、中科中涣,中科大、浙江大学等。

我的汇报就是这些,谢谢。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

阳光电源股份有限公司总监 汪东林

《阳光电源储能系统关键技术》



 
 

汪东林:各位行业的专家、各位行业的同仁们上午好!

我今天带来的报告,刚才跟王老师说的题目稍微有些区别,我的题目是储能系统关键技术,今天跟大家汇报的主要还是安全控制方面的核心技术。

我今天汇报的第一个部分就是储能系统目前存在的一些挑战和安全存在的一些问题,第二个部分,我会重点就储能系统的集成设计,特别是系统安全的防护说一下集成的关键技术,第三部分,我会跟大家分享一下,阳光电源在全球做的典型案例,以及阳光电源全球储能的业务布局。

第一、储能系统发展存在的一些挑战。首先我们今天看到的是国内整个市场的发展,今年一年应该说是国内储能快速发展的年份,今年预计我们整个国内储能会达到GW级时代,相比去年500MW,今年整个储能会翻一番的节奏往前发展。这其中做出非常大贡献的就是我们今年可再生能源加储能会对储能市场做出非常大的贡献。

到目前为止,全国有将近十四个省份已经明确出台了风电厂和光伏电站必须要安装一定比例的储能,这个一定比例基本上是在5%到20%之间,储能小时数基本上在1小时到2小时,整体下来,到今年一季度,官方公开的文件,新能源厂站安装的数量规模已经达到1GWH以上,到最终年底,不是所有的指标都会如额完成,很多可能不会按预期那样发展,我们总结下来,今年2020年,将是整个新能源加储能的元年,我们知道2018年是电网侧储能的元年,2017年是用户侧储能元年,2020年将是新能源加储能的元年。2021年,储能的大规模发展可能和新电源厂站加储能会有非常大的关系。

当然我们也遇到,虽然今年整个储能市场发展非常好,特别是新能源厂站加储能,对整个市场贡献非常大,但是我们也认识到,今年很多新能源厂站加储能90%以上都是政策驱动,都是地方政策或者电网公司,或者是调度要求这些新能源厂站,为了解决新能源消纳问题,必须安装新能源储能,这是政策驱动的结果,我们要深刻认识到,整个成本还是非常高的,我们简单测算,如果针对一个光伏电站,如果增加20%,两小时储能,初期成本会提高8%到10%左右。整个来说,实际增加的储能并不会给新能源厂站带来非常大的效益,最终这些新能源厂站加储能市场怎么发展,还是有赖于我们储能系统的度电成本的下降,我们可以看右边的趋势图,今年整个储能的度电成本基本在5毛钱左右,这个5毛的度电成本没有办法分摊到新能源厂站的,但是我们可以看到,到五年之后,整个储能成本会下降到两毛钱左右,一旦下降到两毛钱之后,再配合一定的政策,相关政策的出台,我们认为在2020年之后到2025年之间,储能系统的成本和政策的互动是可以保证新能源厂站加储能的整体经济收益的。

另一块就是我们也可以看到行业中目前存在的一个很明显的大家能看到的问题,就是储能系统集成设计存在的挑战,我们现在可以看到,现在很多的锂电池企业非常多,做储能集成的企业也非常多,可能不太了解储能系统集成的可能认为储能系统集成可能就是将锂电池储能变流器以及相关的EMS、工控装到集装箱里去就可以交付给客户了,这是非常不正确的认识,实际上储能系统涉及很多的问题,如果储能系统集成设计干不好,可能会给后期留下非常大的隐患。

还有一块,我们现在可以看到很明显的问题,就是在储能系统的集成上,很多的非专业的储能系统集成厂家会直接拿动力汽车电池直接运到储能系统集成里面去,我们2017、2018年国标已经出台了,专门出台储能电池的标准,不管是标准之前还是标准之后,储能系统的安全性和它的设计和要求都是不可以直接拿动力汽车的电池直接运到储能系统里面去的,我们可以做一下对比,储能系统电池和动力汽车电池它的寿命,它的安全性有非常大的差异,我们知道动力汽车的电池为了满足续航里程的需求,现在基本上动力汽车电池三千次的循环寿命就可以很好的满足续航里程的需求,但是我们知道,储能系统的设计一般最少都是十年、十五年,甚至很多的厂站里面提出了20到25年的设计寿命要求,实际上它对这个电池的寿命不是1000次到3000次可以满足的,现在最少是5000次到6000次,最新的可以达到8000次到1万次寿命。

动力汽车电池对电池的要求相对来说比储能电池更宽松一些,在动力汽车上面,在极端的条件下,我们可以看到的结果,汽车着火之后,只需要给司乘人员有五分钟的逃生时间,动力电池的电池应用就可以符合标准规范的要求了,但是在储能系统里面我们知道,一个储能系统的安装的集装箱,它的价值基本上在上百万、几百万的等级,它的经济性和对整个电站、对电网安全性的要求,跟动力汽车电池是一样的。30276明确要求,储能电池的安全性,不管在任何条件下,不管是过充过放、热扩散,不允许有起火爆炸的问题,所以动力汽车电池是完全不一样的。

很多的集成厂家是不具备产品的整体测试能力的,最终会导致交付给客户的系统会出现一系列的问题,这些问题会初步在候面的储能系统的运行当中暴露出来,安全隐患、故障率、上线率,以及整个储能系统的寿命、成本都会产生很多问题。

这里我举两个简单的例子,我们也是在实际的电站考察中发现两个非常典型的电站,其中一个电站是并网运行一年,可以看到将近两万次以上的告警、故障,甚至中间发生N次停机现象,对整个电站运行发生非常大的影响。

还有一块是行业论坛非常关注的,就是安全问题,昨天很多专家已经提出来了,到目前为止整个储能电站的着火在全球来看是屡禁不止,特别是韩国,韩国目前是29座,到今天为止已经是30座了,韩国将近是一千多座电站,事故率基本上接近1.7%,同时在国内,虽然我们用的是磷酸铁锂电池,但是情况也不是特别乐观,从2017到2018年,到2019年,都出现了电池的严重的着火事故,同样在美国的亚利桑那州,电网侧储能出现严重的着火问题,并且伤及当时的消防人员。这些隐患跟系统集成设计、电池本体缺陷,安全设计、防护设计上面都有千丝万缕的关系。

另一块就是我以前在论坛里呼吁的行业标准。我们现在目前的储能产业快速发展,我们的标准是跟不上整个产业的发展,很多的标准,最新的标准36276有很多地方需要改进和优化,还有一些非常老的标准,像51048,在2014、2015年左右,限制了行业的发展。

第二部分,我主要是从储能系统集成设计,从两个角度,因为整个储能系统安全是从防护消三个角度确保最终储能系统的安全,最关键最关键的,从集成设计角度,我们需要从防和护两个角度提升整个储能系统的安全性,最终储能系统发生极端着火事故需要细水雾、七氟丙烷这些灭火措施做最后一道安全保障。

目前我们储能系统在三大场合都可以看到储能系统的应用,发电侧,特别是风光储的融合,储能系统的加入,电网侧的储能,在2018年发展到非常顶峰的阶段,很好支撑电网输配电的改造延迟。用户侧2017年也得到了非常大的发展。

还有一块就是储能变流器,这是整个储能系统最核心的部分,也是保障整个储能器的安全,对储能变流器多机直并的技术,在江苏省电网储能,有些科技示范项目里,已经把SVG设备拿掉了,直接用储能变流器的无功升能力进行直升。海耶一块是提升整个储能的效率,同时随着新能源接入比例越来越高,对电网友好支撑,对电网的支撑作用要求越来越高。另一块是快速响应,现在我们整个新能源厂站,如果需要加储能,最终都是需要储能变流器快速的功率支撑能力,包括有功和无功,后面有一个章节说到快速支撑能力对电网进行友好的支撑。同时在其他电厂,像储能变流器的离网运行能力也在很多场合会用到,在2018年湖南的电网侧项目里面,实际上是为了很好的提升储能电站的建设,在最终并网的时候,在并网没有接触时候,我们利用储能运行离网运行的能力。

最终在储能系统的集成设计这一块,设计安全保护,总结有三大方面,特别是安全性角度,主要是从高度集成和集成收益,跟安全非常相关的就是我们的直流管理和安全可靠的运行,最终通过智慧管理,保证我们储能系统的安全。

第一个部分就是高度集成设计,就是在储能系统里增加了本地控制器,本地控制器起到上传下达,承上启下的控制作用,对下面,对储能变流器内部顶层的设备,包括储能变流器电池管理系统、温控、消防系统和视频做一个本地化的集成控制。对本地所有控制器进行控制。对下,整个功率控制可以通过本地控制器实行下达。还有就是1500伏高压,我们最近在行业呼吁也非常多,就是我们1500伏的储能系统在国外已经非常成熟的应用了,在国内我们也在推,1500伏它的能量密度和功率密度都提升了35%,如果使用1500伏,整个成本可以降低5%,储能系统的效率可以提升3%。

还有一个是储能系统非常关注的要点,就是储能系统的效率,我们通过储能变流器,很好的温控系统和精益制造,以及优化设计,可以保证储能系统充放电循环效率可以达到90%,也就是在0.5C可以做到90%以上的效率,这样可以很好提升储能电站的RTE效率,保证储能电站的收益。

还有就是四级电池管理系统的设计,我们现在电池管理系统在传统的三级电池管理系统,我们采用的是四级,在集装箱级别里面,我们会增加一些集装箱级的电池管理系统,也就是本地控制器,这样可以很好的将锂电池系统和集装箱系统有机融合,表现对外就是完整的储能系统对外整体的管理和控制,这样可以确保整个集装箱而不是三级管理系统,体现真正的安全性设计。

还有一块就是4级熔断,我们知道储能系统,现在大型的储能电池已经到达3MWH到4MWH,我们通过多级熔断的保护技术可以很好的对储能直流侧的电能进行熔断。

还有是MS级系统快速联动保护。我们在韩国23起电站事故里面总结出来的经验,很多直流侧的安全是有依赖于快速的理论保护,就是依赖于我们的BMS和PCS这种毫秒级的,通过硬件信号进行传递信号的快速保护,我们现在的BMS和PCS整个快速保护时间可以做到20毫秒以下,针对一些极端的短路,快速的需要PCS紧急保护可以通过硬件等保进行保护。

还有直流回路安全,刚才前面领导也说了,我们国内的储能电站在电站的安装阶段就可能出现事故,导致储能还没有投用就会出现安全问题。我们有专门的软件的松动检测算法,可以实时监测电流直流芯的接线不可靠,从而提示EMS系统及时侦测出来,报警,提示用户运维,同时避免故障进一步扩大。

还有一块,为了保持电池寿命,我们整个储能电池集装箱的温度设计,控制在正负5度,保证电芯到整个电池系统的寿命。

储能系统最终应用的环境各有差异,有的地方是严寒,有的地方是酷热,有的地方是高风沙,有的地方是高海拔,这样就要求我们储能系统在设计的时候,就要针对不同的环境,采用不同的设计方式来满足储能现场的运行和工况的需求。我们储能系统在双湖,海拔高度达到5000米以上,夜间极低温度会达到零下30度。还有针对炎热,我们在美国的亚利桑那州,室外温度达到47摄氏度,在这种极端的条件下,我们都可以保证储能系统内部温度在23度到正负5度的设计范围之内。

还有四位一体系统安全测试,我们2018年国标发布30276,从电池单组到模组,我们要求是四位一体,做严格测试,同时满足国标相关的严格要求。

智慧管理这块,就是快速攻略控制技术,我们现在整个储能性能设计可以满足整个厂站的30毫秒的设计要求,整个储能电站可以在系统指令下来之后,可以做到30毫秒的功率响应,我们在最近国网江苏省的15兆瓦到26兆瓦时的项目上面,已经得到了验证。还有就是电芯毫秒级的控制,现在我们整个储能系统里面,对所有电芯进行实时监控,它的整个控制数量级,整个实时的要求可以做到毫秒级,甚至一些关键的指标可以做到百微秒级的控制。

还有就是整个储能系统的故障预警,录播和远程诊断定位。现在我们一个四英尺的电池集装箱会做到两百个以上。还有我们的能量管理系统可以满足发、输、配、用各个场景的使用要求。

第三个部分就是介绍一下阳光电源的业务布局和典型的项目。

阳光电源成立于1997年,2011年在深交所上市,目前我们的研发人员接近4000人,我们40%以上都是研发人员,我们也是全球100强能源企业。经过多年发展,我们业务平均增长率超过30%,逆变器的出货量已经突破120GW,储能系统我们目前做的项目个数已经超过一千个以上,这个是2020年二季度的数据,我们整个产能是50GW逆变设备和5GWH锂电池和6GWH的生产能力。

目前我们的产品覆盖120个国家,服务网点达到全球50个国家以上。

目前我们的储能变流器达到3000瓦到6.9兆瓦的单机能力,我们的锂电池技术应该是国内很少几家三元和磷酸铁锂双路线,目前为止,我们的储能系统已经达到3500套以上的集成经验。

目前我们全球的应用案例达到一千个以上,我们也非常自豪,我们所有项目当中,未发生任何的安全事故,我们主要应用在北美、欧洲这些高端的储能市场。

这个是我们2019和2020年在新疆做的第一个14兆瓦和28兆瓦时的光储合项目。这个是2019年投运的55兆瓦和111兆瓦时的分储合项目。这个是广东佛山20兆瓦和10兆瓦火储联合项目。这个是我们2019年在美国印地安纳州启动的项目。

这是我汇报的全部,谢谢大家。 (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)

 

国网综能服务集团科技研发中心研究员 周喜超

电化学储能电站安全问题分析




 

周喜超:尊敬的各位领导、各位同事,各位储能产业界的各位同仁,非常高兴有机会和大家在此交流。今天这是个沙龙,我谨代表我个人谈谈我对储能从业这么长时间的一个思考和认识。非常感谢组委会这次的安排。我个人感觉今天上午的安排,时序上还挺有意思的,首先是我们对储能的认识,不同的人站在不同的角度,它的认识完全不一样,我们首先发言的是郭处,站在业主角度,把好安全的最后一个关键环节,就是着火了我们怎么灭?第二位和第三位都是站在供应商和集成商角度,就是我要给工程项目提供哪些安全性的产品或者是设计,提供一些可靠的设备能够保障安全,我想,我今天是作为投资者,投资者呢,我是这样考虑的,这个安全太重要了,我挣不挣钱是第二位的,一把火把这个烧了,可能就什么都没有了,所以我想呢,这个储能行业虽然风风火火,但是从行业角度来说,储能电池的火还不能让它燃起来,还要把它灭掉。

我今天说的题目叫电化学储能电站安全问题分析,这个题目有点大,也是跟会议主办方没有深入的交流,电化学储能领域太广泛了,涉及方方面面,另外,大在哪呢,储能安全问题涉及范围特别广,从设备层到系统层到整体应用层,哪个环节都分不开,所以我今天分享的主要内容是结合国网综能服务公司投的几个项目都是铁锂技术路线,我来分析一下铁锂技术路线在项目里面存在哪些问题,我提出我的一些思考,仅供大家交流。

今年新能源厂站配储能是行业里面炒作比较热的,但是迟迟也没有进一步实质性的动作阶段,大家都在探讨怎么配,配多少,如何配,但是从长远发展来说,由于储能的物理特性来说,它可以作为能源变革的一个很关键的因素,尤其是未来我们随着清洁电网,智能电网的进一步发展,储能在这里面非常重要,也可以为绿色能源发展创造更大的价值。

预计到2023年,我国投运电化学储能项目累计装机规模预计达到19GW。预计2030年达到100GW。

问题出现在哪呢?首先第一个,从本质上来说,磷酸铁锂电池,本身能量密度高,但是转化效率也高,自放电率相对比较低,使用寿命比较长,量级在国内和国际是很多的,但是它也存在本身材料的因素,在运行过程中产生负反应,引起热失控。通过电池的热失控之后可以导致一些燃烧甚至爆炸,对经济和社会造成很严重的影响。

我自己总结一下,储能电站的安全隐患有哪些呢?

第一个是电池,电池的能量密度很高,而且我们现在都是采用集装箱式的部署,你想,一个集装箱就这么点大,这么大空间,装这么多的电池,如果一个电池,或者一个电芯产生故障,会引起连锁反应,这里面会导致很大的失控的局面。

第二个是系统比较复杂,刚才王总也说了,这里面的直流系统,尤其是以P4S为控制核心的系统,这太复杂,哪一个环节都不允许有失误,中间一根连接线导致短路,也会引起火灾的蔓延。

第三个就是运行的工况,刚才说了有高海拔、高风沙的,还有极寒天气的,这里面还有正常的运维人员,因为现在大家都在讨论前期工程建设阶段怎么设计,但是真正到运行的时候,可能在社会上雇一个运维人员,一天也没有什么工作量,就看看储能电池充放电。

所以我们看到的安全问题都是从现象看的,比如我们肉眼能看到的电池的鼓包,壳体的破裂,包括严重一点的初期释放一些气体,紧接着冒一些烟,然后见明火,最后能量聚集产生爆炸,但是真正的原因是什么呢,真正的原因很多,而且很复杂的,这里面有设备的因素,本身设备生产工艺的问题,还有一些周围环境、运行环境的影响,包括人为环境的影响等等,还有保护机制,还有维护、运营人员管理的缺失,这些原因都会导致着火现象的发生,但是这里面的本质,我自己总结了一下,无非是三个。

第一个是设备,设备本体安全是最基础的;第二个是这些设备怎么集成在一起,构成安全系统,第三个是保证建好还能用好、还能运维好。真正要运行八到十年怎么保证它安全运行,这才是我们考虑的问题,不能因为前期的一些设计为我们后期带来很多的麻烦。

首先说一下设备安全,因为有些电池具体的知识我也不是特别了解,我自己总结,一个是选型的问题,刚才大家也说到了,就是储能电池的选型,虽然说储能电池在电网侧进行了很多的投入,包括新能源厂站,它可能有一些电池厂家有很多种,有些使用电动汽车的电池,包括通信电池放里面应用,短时间看不出来问题,但是随着时间推移必定会暴露出来安全隐患,第二个是生产工艺里面,有的生产厂家或者电池厂家在电池配方,尤其生产工艺和管理过程中的管理缺失也会带来一些安全隐患,有些杂质的侵入,这些概率还是有的。第三个是时间的推移,任何产品随着时间推移都会出现老化状态,全生命周期的管理如何进行有效防控,这也是很重要的点。

第二个是BMS,BMS在这里面是非常关键的因素,因为他是作为电池非常感知的设备,电池所有的运行工况都是通过BMS体现的,BMS如果电力电子设备没有设计好,干扰会很大,本身就测不准。

第三个是EMS,EMS系统也很关键,涉及到运行,怎么样通过EMS系统管控手段把储能真正发挥作用,比如说我们现在有的时候可能会遇到,就是整个储能电站EMS数据量太大,根本处理不过来,而且有的时候临时死机,还得重启一下,这个时候如果发生问题,可能也是一个很重要的损失。

PCS刚才汪总是最专业的,阳光也是做得比较好的,我们储能电站也是跟阳光有过深入合作,这里针对普适性的问题,PCS现在大家都说了1500伏,包括级联式各种方式,具体哪一种方式安全性更高,这个要对比一下,包括对PCS验证的能力,高低穿能力,还有热管理、热控制能力,还有抗干扰。第二个方面是系统集成安全,这里面分两个小维度,第一个是电池系统集成,小空间是个大文章,刚才电池里面,其实电池还有一个集成,就是PACK怎么集成,也很关键,焊接工艺,电池排布,PACK绝缘介质选择,空间排布,都是很重要的环节,而且再一个,PACK和PACK之间的连接,连接好了之后,在舱里面怎么进行有效的热管理,这是一个系统知识,也是一个很复杂的工程,尤其是在储能电池舱里面配消防。这个我感觉还是有一些问题在里面。第二个就是我们关注的都是电池着火,其实对于整个电站来说还有其他很重要的因素,还有很重要的问题在里面,整个电站的集成配置,我选什么PCS对应什么样的舱,整个整个控制策略都直接影响后期的运维,还有信息化系统的重要性,信息化系统到底发挥什么作用,能够采集什么数据,由于现在的电芯这么大量级,BMS又采了这么多数,哪些是我们核心数据,是不是都需要采,是什么样的数据,用什么频路采集更合适,保障有效数据综合利用,对于没用的我是不是就不用考虑了?再一个是EMS设计,现在EMS功能需求还比较简单,充放电,对数据分析,可能还谈不到策略,到了点就放,到了点就充,但是对整个系统怎么进行优化和配置,也是后续需要解决的问题。

第三个方面是运行维护的安全。我觉得在这交流可以引起大家的重视,运维也是一个很重要的市场空间,建好了之后,因为它的时间周期长,这么长时间内如何进行运行、控制好,或者维护好,怎么发挥信息化平台的作用,怎么发挥管理人员的职责作用,把数据利用好,利用数据进行状态评估、研判,通过维护的管理措施把日常的检修、故障的处理等等工作做实,这样才能真正保障储能电站从全生命周期来说是安全的。所以任何一个设备都需要一定的维护,要感知它,然后处理好它,这样才能保证全生命周期的安全,这个安全责任非常重要,马虎不得,而且是全生命周期的。

第二个就是说到应对策略,这个仅供参考,希望各行业的人士回去自己可以针对你提供的产品自己做一些分析,就是我们怎么样能够提供一个很好的设备供应,从电芯较吨我们当然考虑越安全越好。第二个就是我们对循环特性还是比较有要求的,循环时间越长,对我带来的经济价值也是越大的,温升的特性,因为考虑热失控的管理,还有放电率,还有损耗的问题,还有能量密度的问题,尽量在安全情况下把这些工作做好。

第三个是BMS选择,现在我们系统的复杂性,多种数据的接口都融入到大数据平台了,BMS怎么适应数据接口的需求,对数据真正的进行分析。第二个是通过BMS数据的分析,可以对电池的安全进行状态的预警和预测;第三个是本身的BMS怎么样的布局和接线问题,这里面也有很多行业内的好的设备供应商,也做了很多的贡献。

第四个是PCS选择,这里面包括材料、内部接线的问题,第二个是保护设备配置的运用,第三个是直流拉弧等问题,这个汪总说的很多了,我不再重复了,咱们听专业的。

这里面还有几个,第一个是热管理的问题,就是电池舱内如何进行有效的热管理,怎么样把电池的老化,热管理不好,可能会造成电池一致性严重的偏差,如何通过BMS手段,相关的管理策略能够很好的构成有效的管理系统,能够给电池系统的运行提供很好的运行环境,这也是很重要的问题。

还有就是电池电站状态的评估研究,这里面我们都说了要通过大数据,或者是云平台这些,但是那些都是手段,对储能电站的状态评估,通过数学分析方法,模型的建设和整个数据可靠性、有效性的一些评估,能够真正的认识储能电站到底是什么状态?真正认识状态之后,我们基于这个状态对储能电站进行预警机制建设,我不能说火着起来了,我再考虑火灭的问题,我们现在不能考虑让它着火,怎么样让它不能着火,这得建立预警机制,分层,早期的时候有苗头的时候,我采用什么方式,苗头到一定程度的时候,要发生火灾的时候,我采用什么样的措施,真正要着火或者着火之前,我又采用什么措施,小火的时候怎么办,大火的时候怎么办,这可能需要建立预警机制,才能保证安全可靠的运行。

最重要的就是消防的保障,消防的保障,电池舱内部是很重要的因素,整个大家不要忘了,它是个储能电站,电站外部系统,舱内、舱外怎么进行联动设置,舱内水怎么来,舱外水怎么来,这些都是问题,包括监控系统、BMS和EMS数据的信息,怎么样和消防系统进行有效的联动,这可能也需要考虑的。

最后就是个人的一点思考,第一个,对机理研究不能,尤其像中科大我们做了很多的研究工作,实验室工作和试验工作给我们大量的数据的支撑,能够让我们分析每一种储能电池全生命周期的演变过程,尤其是导致安全的热失控、热管理的机理是什么样的,通过这个研究确定一些敏感规律,这个是我们研究安全的非常基础的核心。第二个就是数据的核心,我们通过采集,包括保障了采集的数准确的同时,还要把数据利用好,通过数据我们到底要得出什么结论,研究什么目标,我们需要哪些数据,这个是我们需要关心的,也是我们后期基于大数据平台很重要的研究方向,研究数据里面的关系到底是什么样的,哪些是核心数据,怎么样采,尤其是BMS对数据的处理方式,第三个是数据策略,通过算法和研究,我们要实现消防系统、控制系统、监控系统、整体信息系统的联动,实现状态的评估、评价,从正常的运维、早期的故障研判,到后期故障发生,怎么解决故障?

第二个是优化配置的问题,首先是安全性问题,第二个是经济性的问题,这两者怎么平衡,现在储能优化方案很多,如何进行选择?我个人这样考虑的,首先安全性是红线,经济性是目标,安全线要分场景、按需求,定义安全,分析危险源,确定安全约束便捷,建立指标标准。

再一个就是进行安全性和经济性的合理匹配之后,确立消防的优化配置。

最后是通过检测标准和管理体系的建设,首先第一个是检测,因为很多说出来的话都是空话,但是只能通过试验的手段把它检测出来,用试验数据说服人和证明,然后让大家信服,当时我们做的单体电芯检测,对于整个储能系统的检测,还是没有的,也是需要认真的、重点的开展这方面的工作,再一个是消防电站,电站消防我们大家都说储能标准的缺失,我们怎么样对储能电站的消防试验方法进行确认,很多人都说做了试验,得出什么结论,这个数据是不是大家真正的认可的数据,是不是合适,我们是不是对试验方法做了一个规范和标准的建立?

第三个是监测终端,很多采集是不是都需要验证,再一个是从标准来说,大家都说标准缺失,到底缺失是什么样的储能标准,是不是要再讨论和罗列一下?尤其是储能电站前期的配置,包括它的测试和整个电站的运维,全生命周期里面怎么样建设标准体系,这个也是需要大家共同探讨的,也是行业内需要大家群策群力,共同推动的事情。

最后是运维的管理体系,大家不要麻痹,储能电站建设周期还是很短的,给大家带来运维安全风险的周期还是在运维阶段,建不好,可能运维七年、八年、十年,觉都睡不好,安全责任一直摆在大家的心头,所以不要麻痹忽略运维阶段的安全考虑,尤其是我们现在都提到利用大数据,真正大数据怎么用,怎么样建立故障机制,用管理手段约束它,用人员素质整体提升它,保障整体电站的安全。

最后再次感谢组委会给我提供这个机会,我本着学习的态度来的,有些还得听产业相关的一些单位提供一些专业的讲解,有些问题欢迎大家会后一起交流和探讨,谢谢大家。  (发言根据速记整理,未经嘉宾审核)
 

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