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从韩国储能行业发展历程看行业风险管控

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国应急管理报 发布时间:2021-04-23 浏览:次
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2018年,韩国灵岩风力发电厂的储能设备发生火灾,造成706平方米电池储存建筑和3500块以上锂电池全部被烧毁。

近日,位于北京南四环的一个储能电站发生爆炸,造成人员伤亡,引起了广泛关注和讨论。

在全球范围内,电化学储能(以下简称“储能”)项目爆炸事故已经发生过很多起。据统计,过去一年,全世界储能电站发生火灾超过30起。2017年8月至2019年6月,韩国共发生了23起锂电池储能项目火灾,韩国政府由此组建事故调查委员会,负责彻查此事,韩国储能行业也因此陷入了长达半年的停滞期。直到2019年6月11日,韩国行业通商资源部公布了韩国储能电站火灾调查结果,韩国储能行业才得以继续发展。但今年4月6日下午,韩国又有一光伏电站的储能系统起火,造成约4.4亿韩元经济损失。

行业发展迅速,安全没有跟上形势

储能系统(ESS)是现代电力系统及智能电网的重要组成部分,也是实现可再生能源并网消纳及分布式发电高效利用的重要环节。随着电池技术的不断进步及其成本的降低,以锂离子电池为主的电化学储能系统近年来得到了迅速发展及工程应用。根据此前调查结果披露的数据,截至2019年,韩国共有1490个储能电站。2018年,全球新增的投运储能电站中,有45%来自韩国,其次是中国,占比17%。

韩国储能行业发展迅速,与韩国行业政策的扶持密不可分。在韩国的可再生能源配额制中,储能行业地位颇高。2015年起,韩国开始为配套储能系统的风电给予额外的可再生能源证书奖励。2017年起,安装储能系统的光伏电站也可以获得额外奖励。配套储能的风电光伏电站在可再生能源证书计算中的权重远远高于其他不配套储能的电站。此外,韩国政府在岛屿储能、用户侧储能方面,都出台了相关扶持政策。

可惜韩国储能业界没能珍惜大好机会,反而让这一行业成为事故多发的行业。为此,韩国国内曾有人讥讽,储能行业“规模第一,安全倒数第一”。

有专业人士分析,韩国储能行业连续发生火灾,可能和行业标准建立不完善有关。在韩国决定大力支持储能行业发展之时,韩国国内并没有完善的产品标准和安全标准,而是通过这些事故,才推动了标准的制定和修改。2019年的调查报告也专门强调,韩国将制定专门针对储能系统的消防标准和火灾应对标准运营程序,强化储能产品的国家标准与认证。

目前在全世界范围内,储能标准的制定都还处于起步阶段。日本起步相对较早,在福岛核事故之后大力发展可再生能源,补贴储能行业。但在提供补贴的同时,要求产品在安全性方面必须达标,因而建立起一套标准。这套标准从行业标准发展为国家标准,最后又成为国际标准的一部分。

储能企业陷入经营危机

韩国政府从2018年12月27日起,着手调查储能行业一系列火灾事故的原因。在调查的近5个月时间内,韩国政府要求国内储能设备都要停机以防止出现人员伤亡。LG化学公司、三星SDI公司和LS工业系统公司等储能企业由于政府多次推迟公布火灾原因而陷入经营危机。

来自学术界、研究机构、测试和认证机构等的19名储能领域专家组成调查小组,对23个事故现场的数据进行了分析,来自电力安全公司和韩国电力公司等9家机构的约90人参加了火灾原因测试,最终于2019年6月11日,韩国政府正式公布调查结果。

所有23起储能系统火灾事故中有14起在充电后发生,6起发生在充放电过程中,3起在安装和施工过程中发生。电池制造商LG化学有12起,三星SDI有8起,其他厂商产品有3起。

此外调查结果显示,在2017年初期,LG化学生产的部分电池被发现了极片折叠和切断不良、活性物质涂层不良等制造缺陷。调查人员表示,约180次的火灾重复试验证明,这种缺陷不会产生火灾,但可能会成为引起火灾的“间接”要素,如果长期使用仍然会很危险。

当时,LG化学方面表示接受火灾事故原因调查委员会的调查结果:2017年初期的产品有过一些缺陷,后期都采取了改善措施,如改善工程设计、增加检查工作等,后续产品没有问题。该公司同时表示,未来会对产品严加筛选,遵守相关安全管理要求。

最终,调查结果显示事故原因主要为四个方面:电击保护系统不良,运营操作环境管理不善,安装疏忽,储能系统集成控制保护系统管理不善。

报告指出,电池内部及成组问题、外部电气故障、电池保护装置(直流接触器爆炸)、水分或粉尘或盐水等造成的接触电阻增大及绝缘性能下降等问题将可能直接诱发电池热失控。而电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)之间信息共享不完备或不及时,PCS和电池之间的保护配置与协调不当、PCS故障修理后电池的异常、测量装置及管理系统之间发生冲突等系统管理问题,则可能使故障因不能及时有效得到管控而演化为事故。

在电池本体安全性方面,该调查报告中对模拟制作的极片折叠和切断不良的电池进行充放电测试,在约180次循环过程中未发生能够导致起火的电池内部短路问题,未明确提出电池内部故障是否能触发安全事故演化。然而,从事故触发阶段的统计结果来看,充电后等待阶段的事故发生占比超过60%。

在充电后等待阶段,系统通常处于断路状态,外部电气故障等外部条件触发电池热失控的概率将显著降低。同时,该阶段电池本体通常处于高荷电状态,一方面更易受外部滥用影响触发热失控,另一方面电池可能存在局部过充问题,由电池本体引发的系统安全事故概率将显著上升。

事实上,韩国在2019年8月至12月间又新增5起储能电站事故。后续报道指出,这几起事故都是由于电池逐渐过热导致起火的,由电池本体触发储能系统安全事故的可能性极大。

专家:锂电池应用于电力储能,还需技术突破

新能源行业专家认为,锂离子电池不容易点燃,但是一旦着火,其火焰无法使用水扑灭,还会出现如烟花一般的连环爆炸。储能行业需要政府或安全监管机构高度重视,相关企业要定期对已安装的储能系统设备进行全方位检查。

中国科学院电工所储能技术组组长陈永翀教授认为,目前的储能锂电池系统缺乏内部可控的安全设计,一旦某个电池出现热失控,很容易导致电池系统的整体失控。因此,锂电池应用于电力储能,还需要较大的技术突破,以解决安全和寿命问题。另外,储能电池的应用安全标准体系也需要建立起来,避免安全事故的发生。

除此之外,储能电站的消防措施也应进一步加强。有专家指出,电池室的防火设计(自动报警系统、防火间距、耐火等级、防爆设计、排风排烟、防火墙等)要充分考虑火灾、爆炸情形,最大限度地防止成灾;灭火设施要充分考虑灭火和抑爆,特别是当前没有很适合的灭火剂,既能灭火,又能控制复燃(热失控),可以考虑利用消防沙结合其他灭火剂的方法。对于储能电站等新兴能源行业,消防理念应贯穿于整个项目的全领域。储能电站的应用领域在迅速扩大,包括发电侧、用电侧的储能场景越来越丰富,有火灾爆炸风险的区域涉及电池室、变电室(逆变器室)等多个部位,消防部门应与专业领域人员联手,共同研究解决有可能存在的消防安全问题。

  (本报记者 徐思萌综合整理)

关键字:储能安全

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