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储能行业新兴 安全走向何方
2021-12-01



近几年,全球储能行业发展迅速,截至2020年底,全球已投运的储能项目累计装机规模已达191.1GW,同比增长3.4%。“十四五”期间,在国家整体宏观政策的指引下,储能产业配套政策将更加完善,储能行业的发展优势会逐渐凸显,但在迅猛发展之时,储能行业将迎来哪些风险挑战?




储能行业新兴  安全走向何方
——访中关村储能产业技术联盟
常务副理事长俞振华


近几年,全球储能行业发展迅速,根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)发布的《储能产业研究白皮书2021》显示,截至2020年底,全球已投运的储能项目累计装机规模已达191.1GW,同比增长3.4%。其中,电化学储能累计装机规模达到14.2GW,锂离子电池在电化学储能技术中占比最大,累计装机规模达到13.1GW,电化学储能和锂离子电池的累计装机规模均首次突破10GW大关。


2021年,我国进入“十四五”发展的新阶段。无论是在《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中,还是在《国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》中,都将储能作为构建现代能源体系的重要一环。“十四五”期间,在国家整体宏观政策的指引下,储能产业配套政策将更加完善,储能行业的发展优势会逐渐凸显,并为加快完成“双碳目标”(2030碳达峰和2060碳中和)再添助力。


4月16日,位于北京市丰台区的北京国轩福威斯光储充技术有限公司储能电站发生起火爆炸,致使2名消防员牺牲。这起事故引起了全社会的广泛关注。储能行业快速发展的背后,隐藏着让人担忧的一些问题,而安全就是其中之一。


近日,中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华在接受本刊记者采访时谈到:“储能作为新兴事物,在迅猛发展之时,一定会遭遇新的风险挑战。而目前国内外都非常关注的储能产品质量和安全风险就是其中不容忽视的挑战之一。衡量产品质量及安全风险无疑需要标准作为支撑。”


事故多发

储能行业在曲折中前行


根据中关村储能产业技术联盟不完全统计,从2011年至2021年9月,全球储能安全事故共发生50余起,其中,事故起数排名前4位的是:韩国30余起、美国10起、中国4起、澳大利亚3起。


通过对这50余起储能事故分析发现,大多数事故发生在电站运行过程中或检修运维环节,只有少数发生在建设环节或者安装调试环节。例如,2021年7月30日,在澳大利亚维多利亚州,世界上最大的电池储能项目之一特斯拉Megapaxk储能系统在调试期间发生火灾,涉及两个 Megapack(集装箱大小的电池单元)。该项目在发生火灾前刚刚获得了正式注册,整体项目储能容量300MW/450MWh,每个Megapack 的储能容量约为3MWh,并迅速完成了安装和施工环节,成为澳大利亚目前最大的电池储能项目。这起事故就发生在调试环节,实属少见。维多利亚能源安全局(ESV)调查发现,事故最可能的根本原因是 Megapack冷却系统内的泄漏导致短路,致使电子元件起火,进一步造成电池热失控。


除此之外,俞振华认为,储能产品设计和集成能力有缺陷是事故发生的根源所在。


韩国是储能电池的制造强国,锂电储能在其可再生能源证书奖励政策激励之下得以迅速发展,2018年全球新增电化学储能装机中,韩国几乎占据全球45%。但是,韩国储能电站发生火灾安全事故起数和比率却位居全球首位。近10年间,从公开的新闻报道中可知,韩国储能电站陆续发生30余起事故,如2021年4月6日,韩国一光伏电站储能系统(ESS)起火,造成约4.4亿韩元损失。有报告经过对韩国30多起储能安全事故原因进行分析,总结出以下4个方面原因,即电池系统缺陷、应对电气故障的保护系统不周、运营环境管理不足、储能系统综合管理体系欠缺。


俞振华回忆:“早期的储能行业项目,对储能电芯的热失控风险认知不足,锂电池失控后较难控制,因此危险性相对高。韩国的30余起储能事故,多是采用本国一线电池生产商提供的锂电池,并非生产质量问题,但面对热失控问题,早期产品相应设计及器件选型的安全冗余不够。此外,储能行业刚刚起步之时,各方经验不足,研究不够深入,运行维护管理与约束机制欠缺,也为各类事故发生埋下了伏笔。”


一方面是难以回避的事故多发的局面,另一方面是能源革命的强烈需求,各国都在寻求储能安全与发展中的平衡。为了扭转事故多发的不利局面,多国先后出台奖励政策,旨在引导企业谋求健康优质发展之路。俞振华介绍,“当时全球关于锂电储能的标准规范不多,设计要求及施工相关的规范要求缺失,安全生产问题考虑更是不周全,主要表现在研究不够深入,事故预防缺乏思路,事后复盘才发现安全规范未能达标。”


俞振华坦言,近几年,在各国环保政策及激励政策的影响下,储能行业正在朝着规范化、有序化地方向迈进,国与国之间互通有无、交流先进经验,也在吸取事故教训,用以自省。目前,世界各国的储能产业发展水平几乎持平。但过于追求创新升级,可能会使得安全问题跟不上产品的研发速度。这一问题必须引起足够的重视。



如何让储能安全与发展并跑?
标准规范先行


俞振华表示,要克服当下的储能安全问题,必须在安全防范方面多下功夫,事前预防好过事后补救。

美国2016年率先发布全球第一项储能系统安全标准,即UL 9540《储能系统和设备》,是针对储能系统的安全标准。UL 9540在2015年被授权为美国国家标准,在2016年被授权为加拿大国家标准,目前是双国国家标准。这一标准包含各种储能类型,电化学类型如电池储能系统或超级电容储能系统,化学储能系统如燃料电池,机械的和热能的储能系统。

2019年9月12日,美国消防协会(NFPA)正式发布NFPA 855《固定式储能系统安装标准》。它主要基于IFC 2018《国际防火规范》(2018版)储能系统防火相关的条款,在此基础上进行细分。NFPA 855根据储能系统不同的安装位置,提出不同的安装要求。比如储能系统是安装在室内或室外的,安装在有人或者没有人活动的地方,或者安装在屋顶或车库,其要求各不相同。

如果超出NFPA 855中的容量限制或距离限制等情况,需要根据UL 9540A的测试结果,由相关部门来评估该储能系统的火灾风险。UL 9540A《电池储能系统热失控扩散评估测试标准》于2017年11月发布,是UL公司收集世界上的业界团体意见后确定的测试方法标准,是专门为大规模火烧测试提供详细评估方案,受到美国消防部门和监管部门的大力支持和认可。UL 9540A对储能系统的评估是非常全面的,不仅有常规的测试要求,还有非常详尽的结构要求,可以评估消防措施是否有效。

相对于美国,俞振华介绍,我国早在2014年就发布了第一个储能行业国家标准,GB 51048—2014《电化学储能电站设计规范》对储能站址的选择、储能系统分类、电池及电池管理系统、消防等内容进行要求。2020年,住房和城乡建设部发布工作计划通知,对该标准进行局部修订。

2014年,全国电力储能标准化技术委员会(SAC/TC550)经国家标准化管理委员会批准正式成立,负责全国范围内的电力储能领域标准化工作。陆续发布的标准有GB/T 36276—2018《电力储能用锂离子电池》、GB/T 36280—2018《电力储能用铅炭电池》、GB/T 36545—2018《移动式电化学储能系统技术要求》、GB/T 36547—2018《电化学储能系统接入电网技术规定 》、GB/T 36548—2018《电化学储能系统接入电网测试规范》、GB/T 36549—2018《电化学储能电站运行指标及评价》、GB/T 36558—2018《电力系统电化学储能系统通用技术条件》、GB/T 40090—2021《储能电站运行维护规程》等。

2019年,国家能源局还发布了3项储能行业标准,分别是DL/T 1989—2019《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议 》、NB/T 31016—2019《电池储能功率控制系统 变流器 技术规范 》、NB/T 10186—2019《光储系统用功率转换设备技术规范》。虽然目前储能相关标准处于完善阶段,但近两年储能行业受到高度关注,已发布的储能及动力电池梯次利用相关国家标准、行业标准73项,多项与安全相关。中关村储能产业技术联盟作为团体标准试点单位,围绕储能安全、电力储能用电池管理系统、梯次利用、压缩空气储能、飞轮储能、储热等方面也发布了十余项团体标准。此外,就产品安全方面,2021年7月,中关村储能产业技术联盟联合12家领军企业共同发起制定、签署了《关于推进储能产业安全、健康、可持续发展的行业自律公约》,希望为行业的健康可持续发展发挥作用。

无论是美国、澳大利亚等国,还是我国,现有标准主要规范业主单位在电站设计初期如何进行防爆相关的设计与安装,并且根据相关标准规范,严格执行。那么,在发生事故后,如何保障及时救援、安全救援、科学救援,尚需时日进行深入探讨与研究。俞振华表示,虽然目前世界各国在面临储能电站事故时,采取的施救手段基本相同,但不得不说,储能事故救援问题复杂、难以统一规范救援流程,一旦发生火灾爆炸事故,对救援人员的应变能力提出了更为特殊的要求。

凡事预则立,不预则废。俞振华最后建议:“确保储能安全,必须在设计建设之初,严格依照标准执行。一是在建筑设计阶段,要按照相关标准综合协调,考虑周全。二是在电站实际运行阶段,安装全方位的监控设施,实时监控,发现问题及时解决。总的来说,事前防范是成败的关键。”
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本文将刊登于《劳动保护》杂志2021年12期“特别关注”栏目。《劳动保护》杂志是由应急管理部主管、中国安全生产科学研究院主办的国家级安全生产类期刊。