中國儲能網訊：6月19—20日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合江蘇省電機工程學會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國電網側暨用戶側儲能技術應用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網公司、設計院、系統(tǒng)集成商、電池生產企業(yè)、投融資機構等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。
會議期間，中國電力科學研究院儲能電池本體技術研究室主任楊凱分享了主題報告《電力儲能中的安全問題及應對技術》，以下是演講全文：
楊凱：我是來自中國電力科學研究院的楊凱，今天跟大家分享的題目是《電力儲能中的安全問題及應對技術》。
今天主要從四個方面來跟大家分享，一個是目前的安全問題，再一個對于安全問題的原因進行簡單的分析，根據(jù)安全問題的應對措施最后介紹一下中國電科院在這個方面做的一些工作。
除了抽水蓄能以外的化學儲能當中，電化學儲能占的比重比較多，電化學儲能當中鋰離子電池又占了絕對的比重。
隨之而來的就是安全問題，從目前來講我們國家2018年電網側儲能規(guī)模將近40萬千瓦，大家現(xiàn)在報道比較多的是韓國的，從2017年到現(xiàn)在23起數(shù)目，前兩天有一個事故分析報告也在網上熱議。我們國家公開報告現(xiàn)在是三期。
看一下這幾起事故，2017年3月7號山西的一起，火電廠做調頻的儲能項目。發(fā)生火災以后整個一個集裝箱發(fā)生爆炸燃燒，多少有點爆燃的情況。
12月22號這起也是整個集裝箱燒毀，陜西省公安消防中隊向全省發(fā)出通報，同時作出了對事故認定的分析報告。
再把目光推到韓國，韓國這兩年運氣不太好，2017年到現(xiàn)在是23起事故。這是截取了其中的一部分，這是我們在參加EESS的標準會上得到的信息，這個里面展示了從2018年8月份到2018年7月份的7起事故。這是當時他們分析的一些原因，其實從數(shù)據(jù)的最后一列我們可以看到它自己分析的原因，可能把有些歸結到控制這種。同時我們也可以注意到，就在6月11號，韓國公布了23起儲能電站的調查結果，他們認為原因是四點，這是根據(jù)韓語翻譯過來的，主體意思是表達了。這個結果網上議論的也比較多，有的對他的真實性或者權威性有一些猜測，今天這個場合我們不去過多的解讀他，我們只是覺得他把很多主體的責任放在了電池本體外圍的范圍。
這是剛才說的幾起事故的現(xiàn)場照片。這起事故在網上傳播非常廣泛，也直接驚動了國網公司的高層。從2018年6月份以后，儲能的安全被提到了非常高的層次。
這是幾起事故現(xiàn)場的照片。
再回到國內，這是2018年8月份，江蘇用戶側磷酸鐵鋰儲能電站的火災，這個跟前面不同的是這個電站是磷酸鐵鋰電池的，前面這些電站用的都是三元電池。
今年4月份在美國儲能設備發(fā)生火災，在救助過程中一些消防員受到了化學物質傷害、燙傷等等。
都是在預警缺失或者之后的情況電池本身發(fā)生的問題，或者是外圍設備的問題，造成了電池的燃燒，同時缺乏有效的安全防護的措施。電池的初期火災迅速蔓延，而且現(xiàn)有的消防措施也不是針對電池火災而專門配置的，后面我們還會再提到。因此導致的結果就是電池的初期火災無法得到有效抑制，最終演變?yōu)榇笠?guī)模的火災，導致整個儲能集裝箱或者電站燒毀。
這個電池安全問題粗淺來源，這個簡單易說，大家就知道對于儲能來說主要就是這三個來源，電激源、熱激源和機械激源。從電激源和熱激源來說比較好理解，機械激源在儲能上不多，電動汽車可能相對來講多一些，在儲能上面確實因素很少。
下面我們簡單的分析一下安全問題的原因，這個圖大家在很多場合都看到了，這個道理大家都知道，其實鋰離子的風險主要就是由于電池內部放熱的副反應發(fā)生連鎖反應最終導致熱量積累，導致熱失控，造成電池的燃燒，爆炸。熱失控這些問題造成的根源，從大的方面來講分成兩個部分，一個是電池生產環(huán)節(jié)的，電池先天帶來的。另外一個就是應用環(huán)節(jié)當中的，比如說過充電或者低溫充電這種，應用環(huán)節(jié)和生產環(huán)節(jié)帶來的。之所以講這個，在提電池安全方面的時候，往往發(fā)生比較多的是電池廠，他們會認為我的電池如何控制工藝，如何做的自動化，保證我這個電池的安全性非常好。直到現(xiàn)在很多電池廠說我這個電池不會著火，沒有問題，安全性非常好。其實他們忽略了一個很重要的問題，就是電池在應用環(huán)節(jié)當中帶來的安全問題是絕對不能忽視的，并不是說電池先天的安全性就能保證它在使用過程中不發(fā)生任何的問題。
對于電池安全問題的應對措施。對于電力儲能來說，整體的安全性其實包括三個方面，第一個，材料和生產工藝，就是電池生產環(huán)節(jié)如何保證安全性。第二個，在應用環(huán)節(jié)。第三個，配套設施。
今天我們的重點，電池材料生產工藝我沒有資格在這個地方講，因為電池生產這個東西我們沒有進行過很深入的研究，不能展開講。配套設施目前來講基本比較成型，現(xiàn)在對于電力儲能來說重點的缺失是本體在應用環(huán)節(jié)當中技術的缺失，所以今天重點講這個。
在這個環(huán)節(jié)當中我們認為重點就是三個技術，預警、防護和消防。講幾點關于鋰離子電池安全的幾點共識，基本上是我們跟業(yè)界的相關部門和專家在一起討論以后，認為這幾點共識還是很有說服力的。
第一個，磷酸鐵鋰電池理論上并不是絕對安全的，這個共識不是今天才有的，磷酸鐵鋰電池出來以后就有這樣的聲音出來，大家知道磷酸鐵鋰電池由于它的正極材料比三元電池好一些，所以它的安全性也比三元電池好一些，但是它的負極、電解液都沒有改變，所以它不是一個絕對安全，而是相對安全的。
第二個，通過安全性檢測的產品并不代表使用過程中不需要安全防護，這也是一種聲音，認為我這個電池經過了權威部門的安全檢測沒有問題，接著就拿出報告來給你看說這個電池沒有問題。但是包括這些已經發(fā)生安全事故的電站也好，包括技術一些領域的也好，這些電池在使用前都會通過安全性檢測，你不通過安全性檢測來投標應用的機會都沒有，但是一樣也會出現(xiàn)問題。安全性是一個幾率的問題，安全性檢測是一個抽檢，不是全檢，可能檢到的不是一個帶著安全隱患的電池。在儲能當中電池體量是非常巨大的，幾十萬、上百萬，這種體量的電池，你很難保證沒有安全隱患的電池在里面。
現(xiàn)有的檢測方法都是檢測新電池的，電池的著火往往是使用過一段時間才會開始著火，所以現(xiàn)有的檢測方法針對新電池的故障率可能會低一些。
第三個觀點，電池的初期火災一旦蔓延并形成大規(guī)?；馂?，現(xiàn)有消防措施無法有效撲滅。對于初期火災必須采用快速感知，定向精準滅火的策略，并采取措施長時間抑制電池復燃。另外消防設施應該在儲能安裝的同時同步配置，后期采用一些補救的措施，費時耗力，而且應用的效果也打折扣。
最后一點共識，可能前面講的相對悲觀，安全性問題是可治可防的。單純的電池生產工藝控制是無法從根本上解決的，必須開發(fā)電池在應用環(huán)節(jié)當中的防護體系。這個防護體系剛才也提到了其實就是三個，預警、防護和消防，預警是第一步的，如果能形成有效的預警，提前足夠長的時間給我們以處置的時間這種有效的預警。如果沒有預警或者沒有預警到電池就著起來了，那么第二步就是防護。目前對于國內的儲能系統(tǒng)來說，預警不好說，防護和消防幾乎是空白，尤其是防護，幾乎沒有。你就看國內已經建好的儲能工程當中，防護幾乎是空白。
如果沒有防住，第三步就是電池起火蔓延開來，必須采取有效的滅火，如果不能在電池初期火災的時候將火災有效撲滅，剩下的就是整個燒光，沒有什么別的選擇了。
對于這三個技術的需求，我們認為是這樣的，對于預警來說，主要就是要能夠準確的判斷電池異常的狀態(tài)，同時要防止誤判，對電池的熱失控作出提前的預判，并且準確的知道它的位置在哪兒。
對于防護來說，首先要防止電池出現(xiàn)這種電濫用、熱濫用的情況，如果一旦發(fā)生了，要能夠有效的抑制故障電池失火或者熱失控，對于旁邊的被動電池的熱沖擊，同時由于電池可能會有一些爆燃的現(xiàn)象，所以要有一定的防止對模塊物理沖擊的功能。
第三個是消防，作為消防來說，我們認為有這么幾個需求，第一，消防的滅火器要有非常良好的吸熱特性和絕緣特性的電池火災專用滅火器。稍微提一下，這一頁的左下角列的這個，關于用水來滅火，今天不想在這個場合過多的對這個技術做評判，我們只能說我們認為水來滅電池的火是不合適的，具體原因不在這里詳述了。我們國家電網公司有一個企業(yè)標準，這個企業(yè)標準是2018年1月1號頒布實施的，明確規(guī)定對于鋰離子電池的是嚴禁水噴淋的方式來滅火的，我只是講國家電網公司對水滅火這個事情的判斷。
第二個需求，就是要有與電池特性相匹配的滅火技術?，F(xiàn)在主要是磷酸鐵鋰電池和三元電池兩種體系，特性不太一致，所以滅火策略相應要有所調整。
第三個要有比較好的滅火效果，快速的滅火，防止火災發(fā)生蔓延，最后演變成大規(guī)模的火災。
第四個，要長時間的抑制復燃，電池復燃是區(qū)別于其他物品的很突出的特點，而且它復燃的時間比我們想象的要長的多，所以要抑制復燃。還要減少對其他沒有起火電池和電氣設備的損害，另外要環(huán)保，沒有二次污染。
講一下目前常規(guī)的滅火技術，從滅火機制來講，主要介紹七氟丙烷、1230和熱氣溶膠。七氟丙烷大家都很熟悉了，如果參觀過儲能電站的話，對這個再熟悉不過了，70%以上都是這種結構。七氟丙烷對于滅明火是有一定的作用，但是為什么我們講它對滅鋰離子電池的火災有很大的局限性呢？我們來看2017年山西省對于火災的調查和認定的報告，在它的右下角結論里面，提供了這么幾個信息。第一，它設置的消防系統(tǒng)是符合要求的，9%的濃度。第二，火災發(fā)生的時候消防正常啟動了，第三個，火沒有被撲滅，最后他的結論是，七氟丙烷對于此類火災的滅火效能沒有得到有效的驗證。我們認為不能因為這個事兒把七氟丙烷一棒子打死，七氟丙烷滅火是有作用的，但是是由于目前集裝箱的這種布置的方式，使它滅火的效果大打折扣，這是一個。
第二個，七氟丙烷確實對于抑制電池的復燃沒有作用。我們要肯定它滅明火的作用。
1230這個也非?；?，是3M公司的，現(xiàn)在國內幾家企業(yè)都開始生產這種滅火器。我們認為它滅明火也是有作用的。但是它的沸點比較低，我們做過試驗，1230在正常的空氣當中40分鐘全部揮發(fā)完畢，揮發(fā)完畢以后它抑制電池復燃的作用就很有限了。
介紹一下中國電科院在這方面做的工作。2012年到現(xiàn)在一直在做電池安全相關的工作，我們依托的是國家重點實驗室，我們在整個過程當中做了很多關于電池燃燒、爆炸的試驗，相對來講從試驗經費各方面比較充足，我們粗算一下大概燒過的電池將近一千萬。
對于預警方面，實事求是講我們在預警方面做的離實用化還有一定的距離。一個是電池的風險做一下評估，根據(jù)這個電池的火災特性做一些風險的評估。另外提出一些從溫度方面來進行預警。
這個方面我們做的工作簡單說說，確實離實用化，我們覺得離有效預警的標準還有一定的距離。
第二是在防護方面。第一個是開發(fā)了一種防護材料，第二是根據(jù)防護和散熱，關于電池熱管理設計方面的，我們知道防護和熱管理和散熱是矛盾的，它一定會影響散熱的，這兩個怎么平衡這是我們做的一個工作。
這是我們開發(fā)的樣機。這個樣機我們做了一個試驗，五并十二串三元電池，加了防護以后，把其中一個電池模塊引燃，五個電池引燃三個，三個電池燃燒以后再把或滅掉，結果可以看到基本上就把它自己的模塊燒毀了，周邊的電池幾乎不受影響。
最后是我們在滅火技術方面做的一些工作。我們在滅火技術研究的基礎上開發(fā)了一套滅火裝置，我們認為優(yōu)勢主要就是幾個，第一個就是采用電池專用的氣液復合滅火劑，能夠根據(jù)不同的電池體系制訂不同的滅火策略，同時具有自動判定自動啟動的功能，能夠在五秒內撲滅明火，并且24小時之內不復燃，而且這種復活劑很環(huán)保，對環(huán)境污染很小。
這是我們在現(xiàn)場做試驗的一個圖。目前這個裝置已經通過國家消防裝備質量監(jiān)督檢驗中心的檢測，有三個結論，滅火裝置的自動響應時間為0.5秒。從接收釋放信號到明火撲滅時間為3.5秒，復燃抑制劑噴射結束24小時內電池沒有出現(xiàn)復燃。
針對這個滅火的裝置我們開發(fā)了三種類型，主要是針對不同體量的儲能，這是我們在杭州公司110kV江虹變儲能電站使用的消防系統(tǒng)。
目前我們講的消防都是針對電池的初期火災的，到大規(guī)?；馂牡臅r候，目前的消防是幾乎沒有作用的，所以必須要預留一些外部的消防技術的通道。
我的分享就是這樣，謝謝大家。
（本文根據(jù)演講錄音整理，未經演講人本人審核）
