三大维度协同“破局”储能安全隐患

锂电储能凭借诸多优势成为储能装机主力军。但安全隐患仍是阻拦行业发展的“绊脚石”。

不久前，位于美国加州蒙特雷（Monterey）太平洋瓦电（PG&E）公司的一个变电站起火，起火原因是由变电站中的特斯拉Megapack巨型电池储能设备造成的。

据悉2022年4月，太平洋瓦电（PG&E）公司在加州Moss Landing启用182.5MW特斯拉Megapack系统，项目名为“埃尔克霍恩电池储能系统”（Elkhorn Battery）。该储能设施由特斯拉与PG&E公司共同设计、建造和维护，并由后者运营。

值得注意的是，这起事故并非特斯拉Megapack首次起火，去年7月，澳大利亚也同样发生过Megapack储能电池火灾事件。

据不完全统计，自2021年以来，国内外已发生超27起储能安全事故，储能安全事故频发的原因到底是什么？

尽管导致储能安全事故的诱因众多，如电池管理系统、电缆线束、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等因素，但业内专家普遍认为，引发储能安全事故的首要原因还是锂电池自身的问题，由锂电池本身的瑕疵或是电池老化从而带来的安全问题。

相关研究发现，在低温高倍率充电条件下，锂电池的锂离子会在负极与电解液的界面堆积、堆积到一定程度就有可能会产生锂晶（是指采用液态电解质的锂电池在充电时，锂离子还原时形成的树枝状金属锂单质）。当锂枝晶生长到一定程度时，就会触破电池隔膜导致电池内短路，最终引发安全事故。

储能安全是一道涉及多学科的复杂考题，包括电池、PCS、BMS、EMS等多个环节，需要全行业共同提高产品的成熟度和可靠性，也需要多部门、多体系共同来协作。

清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高从技术角度给出了三方面的建议。第一要从电池本身做好安全；第二在电池使用的过程做好控制和电池内部热失控的探测预警；第三在要做好热管理措施，让电池在因为各种偶然因素发生事故的时候不发生热蔓延甚至燃烧爆炸。

从电池厂家端而言，优质的材料和制造工艺是产品安全的重要前提，尤其要在电芯原料、检测使用等关键环节建立专业严格的质量管理标准，让更多电池厂商将优质的材料和先进的制造工艺应用到产品中。

其次，要保障电池本身安全，仍需从最底层的电芯技术入手。行业流传一句话，如果从电芯层面做到本质安全的话，会事半功倍。在追求更安全的电池上，当前也有不少企业开始研究固态电池在储能的运用。

而对系统集成商端而言，储能系统中，电池与PCS、BMS、EMS等系统存在强耦合关系，若从不同品牌采购，现场调试拼装，各系统间安全保障的强耦合关系将被强行割裂打破，系统的精细化管理、联动保护控制、电气和消防的安全性都无法保证，长期运行过程中也带来了安全隐患与系统风险的不确定性。

如何打破储能系统各单元的信息孤岛，真正将储能系统整合成有机整体，不仅考验厂家在电化学、电力电子、电气等各方面的技术实力，更考验厂家对储能系统的深刻理解与整个储能产业运营的深厚积淀。

此外，做好产品质量及源头防火的基础之上，储能系统的消防设计对储能安全同样重要。如何通过合理的消防设计，做到对烟感、温感、可燃气体等隐患的探测监控；通过排风泄压、防爆等设计减少热失控扩散带来的损失等都需要科学合理的设计。

不久前，国家能源局最新发布的《防止电力生产事故的二十五项要求（征求意见稿）》，提出灭火系统应满足扑灭模块级电池明火且24h不复燃。

应急管理部天津消防研究所第四研究室副主任卓萍对此表示，希望能给储能消防产品一个灭火依据的支撑。比如，储能系统应用的场所可以有效的实现火灾预警、火灾报警，最后能够实现火灾可控。

而对储能安装和运维端而言，做好全生命周期的储能安全管理，不仅需要关注生产制造环节，同时也要做好存储、运输、安装等多个环节的风险预防。

作为引发储能起火的常见因素，厂家需要加强储能系统电芯以及电弧的检测与预防。一方面通过系统监控，做到对电池的状态分析、预判和预警，从源头上防止与阻断热失控；另一方面，因储能系统内较多电气连接，在复杂的使用工况下有可能引发拉弧现象，会引发设备火灾，如何开展电弧的检测与防护，对储能系统安全尤其重要。