
据储能与电力不完全统计,2024年至今,全球共发生储能电站及锂离子电池相关火灾事故近50起,平均每起事故灭火用时18.82小时,最大的事故造成20余人死亡。其中明确消防手段的11起事故共动用消防人员499名,消防设备145台。
而从事故发生时所处环节看,锂离子电池生产、运输到电站运行,再到电池回收的全链条体系中均存在事故风险。近50起事故中,涉及锂电池工厂的5起、运输5起、电池回收4起,电站层面30余起,占比超过60%,事故类型涵盖户用光储系统、独立储能电站、光储融合场站、数据中心等。事故原因包括电池短路、过充、运输车辆侧翻、废旧电池处理不当等各种原因导致的热失控,配电箱短路等电气故障,灭火系统故障等系统因素,以及不明原因的突发燃爆。
作为电力系统的新型主体,电化学储能在电力系统中的应用不断扩大与深入,给电力系统带来了新的活力的同时,“电气+化学”的组合也给全球的消防部门带来了新的挑战,锂离子电池技术也由于应用的广泛而成为事故的焦点。以磷酸铁锂电池为例,其在燃烧时,正极材料与电解液、负极材料相互作用,会发生复杂的化学反应,进而产生有毒烟雾、可燃气体等,给环保与消防带来一定难度。
6月22日,远景储能完成了智慧交易型储能大规模火烧测试,关闭消防系统,燃烧全过程无干预。在了解产品边界及安全极限的同时,远景储能收集了包括热释放速率、热功率、各个箱体电芯实时温度、燃烧烟气等数据,为后面新产品的研发做更多的数据积累以及knowhow积累。此外还将燃烧的气体进行收集,践行环保理念的同时分析气体燃烧对环境可能会产生的影响。
一组远景储能燃烧试验数据:
点火用时近3小时,比一般起燃时长高出50%以上
燃烧箱体A最高温度1297℃,临近箱体BCD最高44℃,远低于电芯预警温度
A箱明火燃烧持续49小时32分钟,整体结构完好,无变形、无塌缩,密封胶条完整
BCD箱无蔓延、无损伤,箱体表面完好如新,内部模组各项指标正常
燃烧烟气100%收集,进行无害化处理
作为设备生产者,储能行业制造企业,既需要了解产品的安全边界,又要了解发生事故的风险,做到对产品负责。远景储能产品研发总经理徐中华在接受采访时说道,“我们把产品设计和安全分成两类。一类是不让风险和危险存在或发生。一类是发生以后,能够将它控制在有限范围内,不深化,不扩大,不扩散。”本次燃烧试验就是对后者的验证。
徐中华介绍,在电芯充分热失控或高强度热失控以后,储能电池舱里面会充斥三类气体。一类是电解液蒸发的气体,第二类是热失控产生的氢气、一氧化碳以及甲烷、乙炔等类似的可燃性气体,还有可能会产生氟化氢这类的有害气体。这对于事故处理会产生很大的影响。
在以往的事故中,由于对其性质不够了解,消防员贸然打开舱门,导致有害气体释放,可燃气体在高温下接触空气,发生燃爆,造成人身伤害。现在大多采取隔离、降温,实时监控,自然燃尽策略。如加拿大安大略省储能设施火灾事故中,一40英尺电池集装箱起火,消防部门采取自然燃尽策略,持续四天监控温度,火势被控制在单箱内,无人员伤亡。但火灾导致消防废水污染厂区蓄水池及邻近溪流,安大略省环保部介入调查,经紧急关闭排水口后污染受控。
事故造成的环保有毒气体、水污染等环保问题也同样值得关注。
与其他燃烧试验不同,远景这次测试全过程不排泄烟气,而是将其进行采集,然后过滤回收进行无害化处理,全空域无异味,燃烧全过程无污染,环境友好。相关气体还将通过成分分析,量化环境影响,反馈产品设计及环境措施改进。远景储能强调,人类的可持续发展是终极挑战,要从环保和生态持续发展的角度去思考问题。
远景高级副总裁、远景储能总裁田庆军表示,本次进行燃烧试验目的在于了解产品极限并不断迭代升级,引导真正有实力、持续耕耘的企业共同制定更高的技术标准和安全门槛,助力产业更加健康有序发展。他提到,“大规模火烧,应该成为整个储能系统产品研发的一部分。不做这种破坏性试验,就不知道产品的边界、极限在哪里,也就没有办法帮助行业一步步提升安全标准。”
远景本次进行燃烧试验的储能系统采用与交付市场一样的产品,并且四个柜子全部满配,还原真实储能电站场景,为业主做一场“事故预演”。
选择5cm的间距,除了优化储能场站布置,节省占地面积,帮助业主进一步降本外,更想测试的是产品安全极限。从10cm到5cm,相当于将5cm的空气导热换为金属导热,热传导系数指数级增长,加之持续近50个小时的闷烧,对于防火设计提出了颠覆性的要求。从结果来看,远景的储能系统成功经受住了挑战。
本次试验后,燃烧舱的舱门及柜体基本完好,其余三个舱的电芯也均完好无损。
远景储能在2021年做新加坡裕廊岛储能项目的时候就已经在做防火材料的研究了,包括材料本身的工艺设计以及箱体和箱门的防火认证实测。但防火,只是安全链条上的一步,远景的产品安全覆盖了从生产到回收的全生命周期。与开头提到的事故风险相对应,远景在每一环都做了部署。
从本征安全到电气安全、应用安全、运维安全再到数据安全、环境安全,远景储能的安全链条是从一而终的。
本征安全。与电芯配方、正负极材料、隔膜材料、电解液材料很相关,远景储能具备很多的专利,并且不断进行新产品的迭代。
电气安全。基于风电、储能的多年经验积累,从电网到电芯,从电芯到电网,远景储能双向梳理,做安全规范和设计。特别是在电气保护当中,上下层级分明,从Pack级到Rack级,到Bank,到PCS,再到变压器、35kV电网全线拉通。包括每一个回路中的熔丝应该怎么选择和匹配,开关应该如何选择和匹配,包括拉弧的检测怎么匹配。
应用安全。对于电网的应用,特别是电网波动性,构网特性下的特征,电池在不同温度、倍率和场景下可应用的边界研究上,远景储能形成了一系列的参数。在不同的场景下,储能系统必须在对应参数保护的条件下运行,以保证系统的健康、安全。
运维安全。远景储能基于可预测性运维及运维物理结构电气操作安全方面进行部署,做到储能系统免运维。同时也保证在需要做运维的时候,无论是设备还是人,都是安全的。
数据安全。包括两个层面,一是储能产品和系统数据本身,需要有安全体系,包括数据安全保护。二是基于大数据、大模型分析的数据安全。远景已经建立了基于电池、基于电气、基于旋转部件、基于电化学材料的数十个大数据模型了。并且反复迭代,提前识别风险、预警风险,让运维团队尽早干预风险。
对于产品来讲,假使一些电芯因为某种原因发生失控,远景专利的隔热材料,使得电芯即便发生热失控的特征,也能够隔离在一颗电芯的范围内。同时,远景始终秉持Pack级消防,将安全落在最小范围。假使电芯没有控得住,则一定会在Pack范围控制住。此外,产品还兼具全淹没的箱内舱级消防。
因此在保证本征安全、设计安全、应用安全、运维安全之外,即便因为不可抗力或其他原因发生安全问题,远景也会将事故影响锁定和保护在最小范围。
截至目前,远景储能在全球参与超过300个项目,未发生一起安全事故。
在本次试验过程中,远景采用保温式分级加热方式同步加热4颗电芯,将点火源Pack置于A箱2簇中下处——该处位于ABCD箱模拟真实场站中心位置,最易形成上下左右蔓延的燃烧路径。为加速起燃过程,远景还对点火源Pack进行特殊处理,去除了包裹电芯的纳米级隔热材料。在此极限条件下,远景本次测试的点火用时近3小时,比一般起燃时长高出50%以上。也侧面证实了远景储能系统安全。
储能行业从业企业数量众多,在此前储能实际利用率低、没有产生价值的时候,投资商往往过度追求成本上的降低,造成行业内卷的同时,也导致了产品质量的参差不齐。136号文以后,储能正朝着深度参与电力市场的方向前进,多场景应用中,也对储能的功能提出了多元化需求。这无疑对产品的质量、性能、功能提出了更高的要求。
随着储能交易属性愈发重要,客户也正在从过去主要关注价格,逐渐转为更为关注储能的安全和它的价值创造与实现。对于一直呼吁实现储能商业价值,确保储能产业健康可持续发展的储能企业,如远景储能来说,客户更高的要求,既是挑战,但更是机遇。
一直将安全可靠奉为产品基础理念,一直以实现价值作为产品关键竞争力的企业,会与行业一同走的更远。
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