中國儲能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日下午，SGS通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司新能源首席專家王日明受邀在儲能檢測、認(rèn)證與標(biāo)準(zhǔn)專場分享了主題報告，報告題目為《儲能系統(tǒng)安全性評估以及應(yīng)對建議》。以下是報告主要內(nèi)容：
王日明：謝謝主持人，各位行業(yè)專家、同仁，大家下午好！
我是來自SGS的王日明，剛才官博士從全流程、全壽命周期角度梳理了一下儲能系統(tǒng)安全方面應(yīng)該有的規(guī)范和評估，我會稍微具體一點，更關(guān)注儲能產(chǎn)品安全性相關(guān)的話題。
首先是我們?yōu)槭裁匆P(guān)注儲能這個話題，是因為我們現(xiàn)在生活的電動化的趨勢。比如最為顯而易見的一個，新能源汽車的產(chǎn)銷量是越來越多。最近的統(tǒng)計數(shù)字，新能源汽車的市場滲透率已經(jīng)超過了30%，而且還在上升的軌跡上。圖里我只列舉了截止到2022年產(chǎn)銷量，大概700萬，今年乘聯(lián)會預(yù)測數(shù)字是900萬，增長速度還是蠻快的。當(dāng)然我們說生活的電動化不僅僅是道路交通，還有其他的一些，比如載重卡車的電動化，還有船舶的電動化，另外，我們中國電池行業(yè)的領(lǐng)軍人物陳立泉院士在多個場合也宣傳過未來短程的飛機(jī)也要做成電動化，這個當(dāng)然還是處在可行性論證階段，比較早期。但電動船舶已經(jīng)有相應(yīng)的示范項目，重卡領(lǐng)域有一些品牌推出量產(chǎn)的產(chǎn)品。
我們說儲能這個事情為什么這么關(guān)鍵，從最底層邏輯來說，首先因為我們在追求能源脫碳，要大規(guī)模去做一些新能源方面發(fā)電，比如說光伏、風(fēng)電，它們都會有相應(yīng)間歇性問題。這里展示的圖，光伏發(fā)電和家庭用電，基本上發(fā)電高峰和用電高峰基本上是錯開的，這時候就需要在幾個小時尺度上把發(fā)的電挪到用電高峰來備用。要達(dá)到這樣的狀態(tài)就會有一個非常迫切的需求，小時級的儲能，一個常見例子就是戶儲。除了光伏之外大規(guī)模利用的風(fēng)電，其實是有一個季節(jié)的波動性，補(bǔ)充一句，昨天趙天壽院士分享時提到長時儲能現(xiàn)在還沒有找到經(jīng)濟(jì)可行的手段實現(xiàn)跨季節(jié)、跨月份的長時儲能。因為儲能是一個剛需，當(dāng)然儲能也有多種多樣的形式，目前來看可以大規(guī)模復(fù)制、利用的儲能類型中，電化學(xué)儲能是非常好用的形式，所以我們大規(guī)模開發(fā)利用電化學(xué)儲能。近幾年儲能方面90%以上的新型儲能都是電池儲能系統(tǒng)，尤其是以鋰電池為主。
當(dāng)然我們要用到電化學(xué)儲能系統(tǒng)的話就會有一個比較大的問題，就是安全焦慮，這個應(yīng)該說也不是我們國家特有的，全球都會有這樣一個問題，電化學(xué)儲能的起火，甚至爆炸的一些案例，全球各地分布的相當(dāng)均勻。我們要應(yīng)對這樣一個安全的焦慮，就需要去詳細(xì)評估它的安全性。我們看到一個儲能系統(tǒng)，它可能會有各種的需要去關(guān)注評估的環(huán)節(jié)。這里列出來是從已有事故調(diào)查當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的，實實在在發(fā)生過問題的一些地方，簡單列舉了一下，給大家做一個分享。
比如說能量控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)方面可能會有零部件來自不同的供應(yīng)商，互相之間可能有不調(diào)和的情況，造成了控制方面的實效，甚至有一些PCS與電池保護(hù)系統(tǒng)的操作不協(xié)調(diào)。再比如管理維護(hù)方面，剛才官博士也分享了慘痛的北京大紅門儲能電站事故，它其實是一個管理事故，主要是認(rèn)為疏失造成的，在我們管理和維護(hù)當(dāng)中有可能會出現(xiàn)管理問題，需要時時警惕。其他的方面，像電氣安全，會有一些短路、絕緣失效、擊穿之類的問題的，這也是我們在做一些認(rèn)證時經(jīng)常會著重評估的一些項目。當(dāng)然最最核心的，儲能電站里占的塊頭最大的、成本最高的一部分是電池方面的安全，比如說電池生產(chǎn)制造過程當(dāng)中的一些缺陷，留在了最后的產(chǎn)品當(dāng)中，留下安全隱患。或者說一些電池，它本身可能是沒有經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品，最后都裝到了儲能電站當(dāng)中，也是非常大的安全隱患。這些我們可以通過評估，通過一些相應(yīng)的測試，可能會發(fā)現(xiàn)問題的一些地方。
如果我們能發(fā)現(xiàn)這些問題，我們可以通過安全設(shè)計的角度去避免相應(yīng)的事故發(fā)生，我們可以去做相應(yīng)的，防護(hù)設(shè)計或者冗余設(shè)計。比如說我們考慮電化學(xué)安全、機(jī)械安全、熱安全、使用安全方面，做相應(yīng)設(shè)計上的防護(hù)。然而即使我們做到了這些防護(hù)，還是會有可能發(fā)生一些事故，這些事故往往指向一個原因，就是電池的熱失控，電池的熱失控有一個非常經(jīng)典的失控路徑，我們對電池進(jìn)行充放電過程中，有可能發(fā)生過充過放。中科大的王青松老師就分享過微過充的概念，電池只過充了一點點，比如1%，但反復(fù)如此的話，電池依然會發(fā)生嚴(yán)重析鋰，析鋰就會導(dǎo)致隔膜刺穿，造成內(nèi)短，內(nèi)部慢慢發(fā)生反應(yīng)，積累之后就會有非常嚴(yán)重的熱效應(yīng)，最后不可控的電池溫度上升現(xiàn)象，行業(yè)定義為熱失控。它是非常普通，又非常難以杜絕的現(xiàn)象。因為是內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，所以我們先前的考慮可能沒有覆蓋到這些地方，因此會發(fā)生電池的火災(zāi)這樣的安全事故。
如我剛才展示，普通的安全設(shè)計思路可以把能量控制系統(tǒng)、電氣、機(jī)械安全等方面覆蓋到，其實還留了兩個地方，一個是通風(fēng)系統(tǒng)，再一個就是消防系統(tǒng)?？紤]到儲能如果有這種安全隱患依然存在在那，我們就可能需要從一些事故發(fā)生后的角度，想辦法去防止事故的擴(kuò)大化。通常我會做這樣一個比喻，這就好象我們開車時要綁安全帶，大家都不希望開車的時候出事故，但綁安全帶確實是經(jīng)過實踐證明的可以提高事故生還率的一種行為。類比到儲能系統(tǒng)，即使我們不希望它發(fā)生火災(zāi)或者相應(yīng)的安全事故，我們還是要配備這樣的應(yīng)急系統(tǒng)來保證即使發(fā)生了事故，也不會有特別大的損失。
熱失控的普遍性，使得我們一定要想辦法防護(hù)這樣一個普遍的現(xiàn)象。如我剛才所說，我們加這些防護(hù)措施好像綁安全帶，但是綁安全帶也有一些技術(shù)問題，比如綁在哪個位置，以什么形式綁，再類比到儲能系統(tǒng)，我們這個應(yīng)急防護(hù)系統(tǒng)也有類似的問題需要考慮，比如說通風(fēng)應(yīng)該裝在哪個位置，應(yīng)該在什么時候啟動，以及相應(yīng)的風(fēng)量，會有相應(yīng)的思考。再比如說消防抑制系統(tǒng)會考慮需要用什么介質(zhì)，還有噴淋的角度，以及持續(xù)時間。我們今天上午在另外一個場也有許多專家提到，它的持續(xù)時間不夠可能會復(fù)燃。因為有這些問題，我們需要繼續(xù)對電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象做相應(yīng)的量化評估。比如說是不是要分析一下它產(chǎn)生的氣體，以及產(chǎn)生氣體的量，以及氣體的爆炸性。
我這里展示的是基于9540A測試采集的數(shù)據(jù)，比如氣體的爆炸性，爆炸壓力，這個數(shù)據(jù)可以方便我們可以有針對性地設(shè)計它的防護(hù)外殼強(qiáng)度。如果爆炸壓力太大，可能真的要用鋼殼去防護(hù)，類似于這樣一些思路。
成分方面的話，我們通常說三元電池會相對危險一點，鐵鋰電池相對安全一點，這里也是相對的。比如我們在鐵鋰電池測試中它發(fā)現(xiàn)釋放的可燃?xì)怏w里有大比例的氫氣，氫氣有一個非常危險的參數(shù)，它的爆炸極限非常寬。比如說這里的甲烷爆炸極限是5-15，換句話說如果空氣當(dāng)中混入超過15%的甲烷，它不會爆炸。但氫就非常寬，4-75，基本上空氣里稍微摻一點，它都很難越過這個范圍，都很容易爆炸。還有它的點火能量非常低，比甲烷低一個數(shù)量級。氫氣點火能低到什么程度，化纖衣服摩擦產(chǎn)生的火花都可以把氫氣點燃，更不用說儲能電站可能出現(xiàn)的電弧之類的，所以說鐵鋰電池?zé)崾Э蒯尫诺臍錃馐歉叨瓤扇?、非常危險的氣體。
再一個，我們要分析一些實時的產(chǎn)氣量，因為我們知道熱失控也分不同的階段，它在不同階段產(chǎn)生的氣體也是不太一樣的。這里一個非常有意思的現(xiàn)象，也是我們在實驗當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的，氫氣的產(chǎn)生會相對滯后，這也是我們給行業(yè)里分享業(yè)務(wù)經(jīng)驗時會著重提到這一點。因為我們會有熱失控火災(zāi)的報警機(jī)制，要做一個報警的話最好不要監(jiān)測氫氣，因為氫氣產(chǎn)生可能會比其他可燃?xì)怏w滯后幾分鐘的時間。另外，我們也監(jiān)測到一些有毒的氣體，像一氧化碳、氟化氫之類的。再有，會有一個比較劇烈的煙氣產(chǎn)生，煙氣在火災(zāi)安全里是非常危害的東西，根據(jù)火災(zāi)傷害數(shù)據(jù)分析，火災(zāi)造成的傷害事故其實絕大多數(shù)不是被熱量灼傷，而是被煙氣搞得窒息，因此煙氣也是我們一定要分析的一個重要因素。
最后，基于我們對儲能系統(tǒng)熱失控安全一點理解做一些簡單的設(shè)計經(jīng)驗分享。我們在設(shè)計場地的時候一定要考慮場地里的通風(fēng)。比如說我們一些排煙設(shè)備要做得比較足量，這是非常關(guān)鍵的一個因素。因為在化工里防爆設(shè)計就有一條可燃?xì)怏w濃度控制在1/4燃燒下限以下，這里一個主要的實現(xiàn)手段就是通風(fēng)。再一個，煙氣的疏導(dǎo)，它熱失控時會釋放大量的煙氣，里面如果有工作人員的話，會有非常大傷害性。再是電氣隔離，我們在系統(tǒng)設(shè)計方面需要非常著重考慮的一個地方。它在熱失控時會有非常多的電解液，電解液有的時候有導(dǎo)電性、可燃性、腐蝕性，電解液泄漏出來之后做一個疏導(dǎo)，防止它產(chǎn)生次生的災(zāi)害。
這里展示的幾個圖是科研領(lǐng)域的研究，電池在不同SOC下熱失控時最高的溫度逐漸降低的。再一個，它的熱失控持續(xù)時間也是越來越短的，這也是提示我們?nèi)绻娬静怀Ｓ玫脑?，稍微把SOC放的低一點。當(dāng)然也要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性綜合考慮。
結(jié)語，這一系列測試都是基于9540A測試系統(tǒng)去做的，它是針對儲能系統(tǒng)的。我們也曾多次在分享中呼吁，我們的電動汽車是不是也要考慮這樣相應(yīng)的測試。為什么需要做這樣的考慮，因為動力電池起火時，電動車大概率是靜止在那兒，大概2/3電動汽車起火是充電或者充電等待期起火。以及未來的V2G，電動汽車電池和電網(wǎng)互動的場景，這時候它其實也是一個儲能系統(tǒng)。再是煙氣的毒性，比如它產(chǎn)生氟化氫通常濃度非常低，但是還有其他氣體，比如我們在一次測試時，曾經(jīng)檢測到3000PPM的一氧化碳。3000PPM是什么概念呢？我們查化工的《安全手冊》，上面會寫1600PPM一氧化碳下，人暴露大概十幾分鐘就會有生命危險，當(dāng)然一開始是產(chǎn)生昏厥，慢慢腦部供氧不足，然后會死亡。3000PPM已經(jīng)是接近翻倍的數(shù)值，會更加危險。
好的，枯燥的前言部分講完了，我講一點有意思的。我們是SGS，是全球領(lǐng)先的檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，我們在全球有接近10萬名員工，在中國基本上在主要的城市，或者在全球主要的經(jīng)濟(jì)體都會有我們的分支機(jī)構(gòu)。我們從91年開始進(jìn)入中國，現(xiàn)在在各個主要的省會城市以及主要的經(jīng)濟(jì)城市都會有分支服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，我們也是有非常齊備的國內(nèi)國際認(rèn)證資質(zhì)。像新能源方面的話也是堅持全球布局，基本上廠商會主要關(guān)注歐美這樣的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體，以及最近比較火的概念“一帶一路”，我們都有深度的布局。我們電池實驗室從2007年開始，逐步的發(fā)展，現(xiàn)在在深圳、上海還有重慶都有實驗基地，也是非常歡迎大家去實驗室里參觀。
我們的業(yè)務(wù)范圍也是非常齊備，我經(jīng)常會給銷售團(tuán)隊培訓(xùn)時說，我們就這樣跟客戶宣傳，“只要客戶有定義好的產(chǎn)品，有目標(biāo)市場，那我們就有解決方案”。
這是電池方面典型的認(rèn)證計劃，基本上可以做到一站式的服務(wù)。
我們實驗室的一些設(shè)備，這個著重說一下，它是一個自動化的測試設(shè)備，它是一個機(jī)械手在做電池的送樣取樣動作，24小時工作，比如說像機(jī)械濫用、熱濫用等方面的試驗會有相應(yīng)的危險，我們都是靠它實現(xiàn)的。我們的控制系統(tǒng)，也是我們自主研發(fā)的。
當(dāng)然我介紹的這些工作不是我一個人做的，我們有一個背景多元的技術(shù)團(tuán)隊。
謝謝大家！
