編者按：中國(guó)電科院首席專(zhuān)家 惠東表示：恰恰出現(xiàn)大量的儲(chǔ)能電站事故基本都是三元電池，某國(guó)1000多個(gè)儲(chǔ)能電站，從去年到今年發(fā)生26起還是28起，其中10兆瓦以上儲(chǔ)能電站有20個(gè)，毫無(wú)例外的都是三元型電池。是不是磷酸鐵鋰很安全？這些指標(biāo)磷酸鐵鋰比三元指標(biāo)性能優(yōu)得多，正極材料是一部分，理論上磷酸鐵鋰也不是絕對(duì)安全，只能是相對(duì)安全。
東西還沒(méi)有徹底出來(lái)，實(shí)際上我們安全相關(guān)的檢測(cè)性工作開(kāi)展得不是特別足，我今天想發(fā)言的題目是：電力儲(chǔ)能中的安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)技術(shù)。
四方面，一是電力儲(chǔ)能的安全問(wèn)題。
電力儲(chǔ)能安全問(wèn)題有很多，今天會(huì)把話(huà)題變得更窄一些，儲(chǔ)能安全可能有電氣安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全，說(shuō)得更窄一些，跟火災(zāi)或失火相關(guān)的安全。大家看一張圖，美國(guó)早期應(yīng)用比較多，也出了很多問(wèn)題。美國(guó)特別在2013年以后，當(dāng)然美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)等一會(huì)兒樂(lè)首席會(huì)講，安全這塊美國(guó)比較重視，專(zhuān)門(mén)做了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線(xiàn)圖。到2017年，有關(guān)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)維、事故升級(jí)，甚至到教育擴(kuò)展，美國(guó)都開(kāi)始有相關(guān)的有條理的、有體系的對(duì)安全問(wèn)題的布局。
我們對(duì)安全問(wèn)題，儲(chǔ)能電站的安全事故，往往都是在預(yù)警缺失或滯后的情況下，電池，重點(diǎn)說(shuō)是鋰離子電池本身失控引發(fā)出來(lái)的，包括蔓延?，F(xiàn)有消防措施并非對(duì)火災(zāi)配置，陸續(xù)出現(xiàn)一些火災(zāi)。包括最終演變?yōu)榇蠡馂?zāi)，整個(gè)事情的發(fā)生。
說(shuō)起來(lái)電池風(fēng)險(xiǎn)的根源，鋰離子比較多，電激源、熱激源、機(jī)械激源，還有電池自身、系統(tǒng)內(nèi)其他部件、環(huán)境原因。
從安全原因來(lái)講，內(nèi)因肯定鋰離子自身的問(wèn)題。無(wú)論如何，現(xiàn)有的鋰離子怎么改變，由于鋰離子電池是有機(jī)電解液體系這件事情發(fā)生，這是它的根源。存在溫度過(guò)高或過(guò)充電時(shí)，電解液表現(xiàn)分解是核心原因。
如果是電池內(nèi)部出現(xiàn)某種，由于內(nèi)短路或制劑各方面引起，如硫酸鋰發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步發(fā)熱，其他電化學(xué)反應(yīng)可能發(fā)熱量更大，更大時(shí)，會(huì)在一定溫度上釋放氧氣。我們點(diǎn)汽油，汽油一定會(huì)著。但把汽油的氧隔絕一定會(huì)滅，電池一旦著起來(lái)，還要自吸氧。這是鋰離子電池的原因。
可能因?yàn)檫^(guò)充過(guò)熱產(chǎn)生一系列的原因，不僅帶來(lái)熱量，可能后期過(guò)程中還會(huì)釋放氧氣，使鼓掌放大產(chǎn)生爆炸，這是放熱副反應(yīng)，有工藝問(wèn)題、材料體系問(wèn)題，也有應(yīng)用問(wèn)題，包括低溫充電、大電流充電、負(fù)極性能衰減過(guò)快，振動(dòng)、跌落等。
圍繞這樣一些東西，有安全性整體對(duì)應(yīng)的東西。一是從電池那塊去解決，我不是做電池的，那塊的事進(jìn)不太清楚。對(duì)儲(chǔ)能本體應(yīng)用，一般有四種措施：一是通過(guò)檢測(cè)技術(shù)，去甄別這個(gè)東西能不能使？另外有預(yù)警技術(shù)、防護(hù)技術(shù)、消防技術(shù)。
事實(shí)上，在2018年發(fā)布的《電力儲(chǔ)能鋰離子電池》國(guó)標(biāo)來(lái)看，有一條非常重要的內(nèi)容，就是關(guān)于熱失控的檢測(cè)，這是目前來(lái)講，關(guān)于電力儲(chǔ)能應(yīng)用中間，對(duì)于電池安全的。第一，我們是有標(biāo)準(zhǔn)的，第二，是有檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)做這件事。這是第一關(guān)，比較重要的熱失控是有嚴(yán)格步驟和規(guī)定做這件事。除了單體還有模塊相應(yīng)的測(cè)試方法和步驟還有要求。
這種要求我們做了相當(dāng)多的試驗(yàn)，也有人到相關(guān)部門(mén)到相關(guān)質(zhì)檢中心做了相關(guān)檢測(cè)，真有相當(dāng)多的電池沒(méi)有過(guò)，出現(xiàn)熱失控，沒(méi)有過(guò)這條標(biāo)準(zhǔn)。最近發(fā)生了幾起事故，我們知道最近發(fā)生一到兩起磷酸鐵鋰小范圍的事故，后來(lái)調(diào)研，這些東西都是在我們這做檢測(cè)沒(méi)有過(guò)的。不能說(shuō)過(guò)了一定怎么樣，確實(shí)我們聽(tīng)說(shuō)的是沒(méi)有過(guò)的這些東西。而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在來(lái)看，對(duì)很多三元的電池是很難過(guò)去的，現(xiàn)有三元型電池做儲(chǔ)能很難過(guò)去，不是有歧視性，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是做大量試驗(yàn)做出來(lái)的。
恰恰出現(xiàn)大量的儲(chǔ)能電站事故基本都是三元電池，某國(guó)1000多個(gè)儲(chǔ)能電站，從去年到今年發(fā)生26起還是28起，其中10兆瓦以上儲(chǔ)能電站有20個(gè)，毫無(wú)例外的都是三元型電池。
是不是磷酸鐵鋰很安全？這些指標(biāo)磷酸鐵鋰比三元指標(biāo)性能優(yōu)得多，正極材料是一部分，理論上磷酸鐵鋰也不是絕對(duì)安全，只能是相對(duì)安全。
剛才講了，通過(guò)安全檢測(cè)并不一定代表使用過(guò)程中間就非常安全，就不需要安全防護(hù)，其實(shí)安全只是一個(gè)概率問(wèn)題。而且現(xiàn)有的我們檢測(cè)的方法，是現(xiàn)在有逐步的檢測(cè)方法，但第一個(gè)檢測(cè)方法，是不是目前一定是終極的檢測(cè)方法，我們還要探討，因?yàn)殡姵卦诓粩喔倪M(jìn)。第二，即使檢測(cè)方法發(fā)布了，相關(guān)的東西在入網(wǎng)條件或組成條件上，是不是采用一定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，這個(gè)也有待于加強(qiáng)考核。
電池一旦局部開(kāi)始著了，如果未能得到及時(shí)的抑制，顯然會(huì)不斷蔓延。蔓延有幾種方法，一是整體的去滅火，還有一個(gè)針對(duì)性的滅火，在它初期造成對(duì)它補(bǔ)救比較大。
從防止蔓延角度來(lái)講，電池的安全到底有沒(méi)有那么恐慌？回頭還要談?wù)撨@個(gè)問(wèn)題，單純從工藝上能不能解決？剩下還有這些防護(hù)：第一，預(yù)防。前一段檢測(cè)入網(wǎng)是更高層面的預(yù)防，那些東西不讓它進(jìn)來(lái)，一旦進(jìn)來(lái)以后，從安全預(yù)警、安全防護(hù)、消防滅火這三方面形成整個(gè)安全問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施。
從安全預(yù)警角度來(lái)講，現(xiàn)有的，電池內(nèi)部電化學(xué)這件事，從已有的東西來(lái)看，判斷電池異常，包括這幾個(gè)層次來(lái)看，來(lái)進(jìn)行分級(jí)，我們想這樣去做。另外，希望預(yù)防能達(dá)到對(duì)熱失控的預(yù)判，這是我們從對(duì)預(yù)防的情況來(lái)看。第二，能對(duì)故障電池位置有效識(shí)別。
從防護(hù)來(lái)看，我們希望能夠防止電池的電濫用、熱濫用和機(jī)械濫用。最后機(jī)械濫用在儲(chǔ)能電站發(fā)生概率比較低一些，更多是電濫用、熱濫用較多。防止絕緣性降低造成閃弧短路等，這是從防護(hù)需求來(lái)看。
從滅火需求來(lái)看，其中比較重要的，與電池、火災(zāi)相匹配的滅火技術(shù)，另外良好的滅火效果，快速滅火還有長(zhǎng)時(shí)間抑制這件事。與電池相匹配的技術(shù)來(lái)看，像電化學(xué)、電池這種滅火，帶有自吸氧反應(yīng)的活動(dòng)。滅火的介質(zhì)，一是快速降溫能夠帶走熱量，二是能抑制相應(yīng)的自吸氧反應(yīng)的方式。
我們也有相關(guān)工作，對(duì)于電池的預(yù)警做過(guò)，如對(duì)電池過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱、內(nèi)短路、破損、絕緣性降低都有相應(yīng)辦法。有很多預(yù)警系統(tǒng)做在相關(guān)的里面，這里面可能有很多，對(duì)電池預(yù)警還是帶有經(jīng)驗(yàn)性的，我感覺(jué)對(duì)于電池能夠做成預(yù)警，現(xiàn)在來(lái)看，這是火災(zāi)前的現(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)預(yù)警帶有一定的發(fā)生。事實(shí)上氣體感，現(xiàn)在來(lái)看對(duì)氣體感可能的手段，對(duì)電池發(fā)生事故現(xiàn)在的預(yù)判技術(shù)不是特別成熟。
關(guān)于防護(hù)，主要考慮幾方面：防爆的設(shè)計(jì)，電池本身這塊。熱失控的阻斷，電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從這里面做預(yù)防。這就要求我們采用吸熱材料，或定向散熱方式，一方面形成熱隔離，另一方面形成熱疏導(dǎo)，這兩個(gè)看似矛盾的事情。
另外，消防技術(shù)。消防技術(shù)針對(duì)滅火，現(xiàn)有比較多的，對(duì)于電化學(xué)系統(tǒng)六氟丙烷、七氟丙烷等。最近做了很多實(shí)踐，七氟丙烷還是有抑制作用的，初期抑制能針對(duì)性做了，還真是有一定技術(shù)?，F(xiàn)在七氟丙烷使用方式問(wèn)題比較大，漫灌式，通過(guò)阻隔箱里氧氣含量滅火。這是不對(duì)的，如果七氟丙烷管道式的噴灑，短期帶走一部分熱量，七氟丙烷畢竟是氣體。如這件事認(rèn)為七氟丙烷對(duì)滅火效果不太好，這實(shí)際上是使用方式的問(wèn)題。
1230是無(wú)色無(wú)味殘留氣體，1230具有極好吸熱性，降溫到滅火效果做實(shí)驗(yàn)，也是在初期。1230沸點(diǎn)只有49度，很容易揮發(fā)。即使當(dāng)時(shí)起到滅火作用，是不是還有復(fù)燃問(wèn)題？氣溶膠，確實(shí)有電化學(xué)氣象抑制作用，但降溫不太好，所以附帶抑制也有一定的作用。
因?yàn)槲沂侵袊?guó)電力科學(xué)研究院的首席技術(shù)專(zhuān)家，我所在的團(tuán)隊(duì)近年來(lái)做了很多電池安全相應(yīng)的工作，不是今年應(yīng)景把我們的成果拿出來(lái)給大家講。在電化學(xué)安全上，國(guó)網(wǎng)真是不差錢(qián)，從2011年、2012年起，每年國(guó)網(wǎng)至少布局300萬(wàn)到500萬(wàn)的課題，每年都有這個(gè)課題，從各個(gè)方面，從最簡(jiǎn)單的東西起。我們這些人是不是特別專(zhuān)業(yè)不好講，但我們做的工作承擔(dān)得多。我在西山炸掉的電池有500萬(wàn)元，至少我們努力做了相關(guān)工作。
首先我們做了很多對(duì)于燃燒爆炸過(guò)程和現(xiàn)象的分析，這里涵蓋易燃性、釋熱性等。包括相關(guān)的結(jié)論，安全性的定點(diǎn)熱失控臨界點(diǎn)判定，這個(gè)項(xiàng)目是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)機(jī)構(gòu)，大容量鋰離子這件事工作中的一部分相關(guān)工作。
對(duì)于整個(gè)過(guò)程的燃燒，電池的熱特性這件事，我們做了很大的相關(guān)工作。剛才說(shuō)溫感、氣感、煙感等混合式開(kāi)發(fā)了一些相關(guān)裝置。
此外，針對(duì)儲(chǔ)能關(guān)于防護(hù)的問(wèn)題上，利用EPDM為主的材料，加入功能添加劑，做了防治工作，這種防治對(duì)熱失控蔓延有比較好的作用。另外對(duì)組熱仿真平臺(tái)建設(shè)，而且仿真過(guò)程中實(shí)施驗(yàn)證性工作。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電管理、熱管理和安全防護(hù)的樣機(jī)，開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，如樣機(jī)過(guò)程包含比較好的，一是把熱過(guò)程進(jìn)行仿真，包括對(duì)防護(hù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。從開(kāi)展實(shí)驗(yàn)來(lái)看，沒(méi)有發(fā)生有意地觸發(fā)電池。周邊來(lái)看，以這個(gè)技術(shù)，熱失控效果比較好。并不是一個(gè)圖片代表技術(shù)解決了，確實(shí)做了大量相關(guān)工作，對(duì)里面技術(shù)、參數(shù)配置這些問(wèn)題已經(jīng)摸得很清楚。
另外，滅火技術(shù)。剛才講有幾種滅火劑，剛才講六氟丙烷、七氟丙烷、1230等。最近結(jié)合煙感報(bào)警裝置集合到一起，最近找到一種氟系列液態(tài)滅火方式，采用氣液復(fù)合滅火劑，六氟丙烷、七氟丙烷、1230都是氟系列產(chǎn)品，因?yàn)榉容^穩(wěn)定，氟系列帶走熱量比較大。氟系列液體性的東西帶走熱量是六氟丙烷700倍以上，使表面溫度獲得大大降低。另外氟系列對(duì)阻止吸氧反應(yīng)效果比較明顯。基于此，做了相關(guān)東西，這是我們做的消防滅火的裝置系統(tǒng)。
這是氣液滅火負(fù)荷當(dāng)年的容量。這在西山做了N次實(shí)驗(yàn)，國(guó)家消防質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果是裝置自動(dòng)響應(yīng)時(shí)間為0.5s，滅火用3.5s，可以抑制24h不復(fù)燃，這真等了24h做相關(guān)滅火工作。
如2兆瓦甚至以上規(guī)模，如一個(gè)集裝箱可能配置80到150L的東西，事實(shí)上80L可以對(duì)付這個(gè)東西，為什么配150L，為防止復(fù)燃還有東西噴過(guò)去。有中型的、小型的。
針對(duì)不同的東西，它的布局結(jié)構(gòu)都有要做的內(nèi)容性的工作。目前看，下一步會(huì)有相當(dāng)多的地方，示范項(xiàng)目中間開(kāi)始率先得到使用。目前來(lái)看，滅火這件事可能最終，如果我們能形成這種閉環(huán)，當(dāng)然能把問(wèn)題解決是最好的，真正說(shuō)到火災(zāi)擴(kuò)展到爆炸燃燒中，顯然采取外部措施。一個(gè)大型水電站還是要和消防進(jìn)水結(jié)合起來(lái)，那是最后一步，防止次生災(zāi)害外一步來(lái)看。從現(xiàn)在做的實(shí)驗(yàn)來(lái)看，能夠越在早期控制燃燒，針對(duì)性地控制燃燒，所需要的劑量比較小、控制成本比較高。最大問(wèn)題對(duì)現(xiàn)有電池吸氧影響做了改變，直接把管道噴到模塊里，當(dāng)時(shí)滅了就完了，需要的液比較少，這和傳統(tǒng)目前已經(jīng)有的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)發(fā)生了比較大的變化。
我看到有別的國(guó)家在做局部性這種方式，它這種方式只是用六氟丙烷、七氟丙烷這樣做效果比較好，初期得到抑制，確實(shí)燃燒了。
我的報(bào)告就到這。
原標(biāo)題：電力儲(chǔ)能中的安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)技術(shù)
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