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据储能与电力市场的不完全统计,2017年至今,全球已发生近70起储能相关安全事故,所涉及项目的总规模超4GWh。近两年,随着储能市场发展和项目投运数量的快速增多,储能事故的数量也在增加。

从地域来看,事故地点遍布全球各主要储能市场。其中事故数量最多的国家是韩国,占到全球事故总数量的近一半。美国、中国的储能事故也都超过10个,澳大利亚、法国、德国等市场也有多起事故发生。
从技术类型看,三元和磷酸铁锂电池均有事故发生,三元电池的事故占比达2/3。三元电池的高占比主要与韩国在2018~2021年发生的大量火灾事故有关。三星SDI、LG Energy Solution等韩国电池企业是全球储能市场早期最主要的电池供应商,他们在储能领域普遍采用三元技术路线。除了韩国,美国、欧洲等早期事故也都使用的是三元电池。这也影响了全球范围内储能技术路线的变化。近年来磷酸铁锂技术的应用占比大幅提高与安全考量不无关系。但是需要强调的是,即使采用磷酸铁锂技术,依旧有储能事故发生,数量也有20起左右。
从事故原因来看,广泛地涉及了电池舱内部电气故障、外部环境问题、设备安装不当、电池失效等因素。另外,投运前两年,尤其是投运1年内发生事故的数量占比较多,这背后,一方面是检修、安装调试、充电后休止阶段,发生事故的概率较大,另一方面也与目前项目大都刚运行不久,普遍处于早期运行阶段有关。未来,随着项目运行时间增长、设备老化、电芯性能下降,对于安全事故的防控能力需要不断提升。
从事故项目类型来看,光储、调频储能项目数量最多,这与早期市场的项目应用类型主要为这两类有关。这类项目规模较大,但事故影响基本得以控制在临近的2个集装箱内,未对整站造成大面积损失。德国、法国等欧洲国家的家庭储能项目也有多个起火,部分事故中,由于火情蔓延至汽车,造成数十万美元的财产损失。
从事故处理来看,在前期处理经验不足时,事故曾导致人员伤亡。后期随着对锂电池性能的逐渐了解,消防员不再贸然靠近燃烧中的电池,选择令其自行燃烧殆尽后再处理,或者用机器人代替操作的方式,基本没有再造成人身伤害。

事故原因分析

锂离子电池发生燃烧爆炸的根源在于电池发生热失控,引发电池热失控的原因可大致分为四类:

运输及设备安装问题:运输过程中电池剧烈振动、冲击或者挤压;安装不当的挡风板导致进水等;

检测及反应装置问题:冷却液泄露、烟雾检测系统故障、喷水系统故障等;

环境问题:雷暴闪电或电涌引发电池热失控等;

电池本身问题:电池内部发生短路。

分析事故原因可以看出,由外部因素导致电池热失控,不容忽视:

例如为业内所熟知的澳大利亚维多利亚300MW/450MWh大电池储能项目:由于冷却系统的冷却液泄漏导致电池模块产生电弧,进而引发失火。该项目在调试期间发生火灾,波及两个Megapack。

加州Moss Landing储能电站项目:曾两次发生事故,首次因编程错误,在检测到的烟雾水平低于指定的设计水平时,电池的水系降温系统误启动,且降温系统一部分的软管和管道上的少量接头发生故障,导致水喷到电池机架上,进而导致短路和电弧,从而导致电池损坏并产生更多的烟雾,进而引发连锁反应。首次烟雾来源为空气处理装置而非电池。

蒙特雷太平洋瓦电(PG&E)电池储能项目:因安装不当的通风挡板致使Megapack顶部的伞式阀移位,导致不正常的进水点,最终导致电池过热和热失控。调查发现,在此次事件中,由于通风挡板安装不当,总计88个Megapack出现了进水现象。

另外据统计,发生事故的独立储能项目由于消防系统及时有效的反应都将火情控制在了单个集装箱或临近2个集装箱内,一定程度上防止了火灾的蔓延,有效的避免了大量的财产损失。

维多利亚大电池项目在一个Megapack内的相邻电池舱中着火,仅蔓延到相邻的一个Megapack

Moss Landing项目早期探测系统正常启动,着火的Megapack自行烧毁,火灾未对相邻Megapack造成损害。

奥兰治县Warwick两个锂离子电池受影响的电池箱内的抑制装置均已启动

PG&E项目一个Tesla Megapack发生火灾,安全系统正常工作,火灾没有蔓延到其他电池组。

以上储能项目均采用特斯拉的产品,虽然特斯拉不论是集装箱还是户储电池柜均不止一次出现过火灾事故,但是由于其设计方面的预先考虑,消防系统均在意外发生后正常工作,并及时有效的发挥作用,防止了火灾蔓延及更大的财产损失。其集成能力及产品实力始终为项目单位所信赖。

尽管锂离子电池由于能量密度高、使用有机电解液等原因,存在一定安全风险,但并非不可避免。通过加强监控、应用提前预警措施、优化系统温控和消防设计、加强电气安全等多种措施,都可以降低事故发生的概率。目前我们看到一线储能系统集成商也在为之不断改进技术和产品设计。

安装调试、充电休止时发生事故概率大

分析近几年全球储能事故情况,如下图,明确事故发生时的投运时间的项目中,72%以上的事故都发生在电站投运前两年,近50%的事故发生在项目投运前1年

从发生事故的阶段看,调试运行、充电后休止是事故发生概率最大的两个时段。电芯本身存在缺陷,系统间各设备匹配度欠缺,PCS、BMS等其他设备运行有误等问题都容易在系统安装调试、并网前测试等阶段发生。此外在后续的运行中,一致性差的个别电池容易在充电后出现问题,导致事故的发生。

这些问题同样提示我们在电站建成后各项检测及试运行必不可少,同时需要与相关从业者互相交流电站运营经验,提高应对突发问题的能力,不断打造专业化的运维团队。

系统集成商是保障电站安全的重要因素

项目的安全,从前期设备选型,到安装调试,再到运维,每一个环节都比不可少。

经过多方了解我们发现,当前储能项目的运维,并未形成专业化的市场。例如:工商业储能项目一般由设备商维护,在质保期内负责储能系统的安全稳定运行。对于源网侧大储来说,项目方会设置团队维持日常运行,但在出现设备故障等问题时,一般还是由驻场的设备商一方提供技术解决方案

储能项目,无论从投运数量还是从投运规模上看,均从近两年才实现量的突破,大部分项目尚处于质保期,专业成熟的运维市场尚未形成。而系统集成商是最了解设备运行及电站情况的人。选择优质的系统集成商是避免电站安全事故最重要的因素。

相对于锂离子电池使用过程中,锂枝晶的形成与不断扩大,触破电池隔膜导致电池内短路,导致事故发生,在项目运行、运维过程中由于电芯以外的原因引发事故的风险更高

例如拆卸、更换电池模组时,需要将冷却液先放出来再重新添加,频繁操作或操作不当容易出现漏液的情况,或者人为连接设备时的误操作导致引起电芯热失控。

而储能系统又是由电芯、PCS、BMS、冷却系统、电气设备等多项集成,作为一个整体运行的,各个设备间的适应和匹配是系统稳定的重点。尤其在储能电站正式运行前的调试阶段,系统内部问题易导致电芯故障,进而引发事故。这也是储能电站易在前期发生事故的原因。

优秀的集成商会把控好每一个环节,从设备选型、运输防护、到现场测试、并网试运行、应急预案检测等全流程。所有项目都存在一定风险,电化学储能电池由于本身的运行机理导致发生事故的概率相对较大,但是每个环节精准把控+优质设备+优质集成商以及专业的安装、应急反应,可以把事故可能性降到最低。

价格战火热的当下,很不利于行业的健康发展,集成商需在成本和质量上寻找更加合理的平衡。我们建议项目单位选择项目经验丰富且技术先进的集成商,不一味追求低价,而是在保障项目安全可靠的基础上,追求利益。共同促进储能行业的安全健康优质发展。

主播...
虫虫i
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