国内外电化学储能电站安全分析及展望

赵北涛，郭洪昌

（国网天津市电力公司武清供电分公司，天津 武清 301700）

在“双碳”目标战略指引下，新型电力系统建设对储能的需求日益增加，电化学储能是重要组成部分，在全球范围内呈快速发展态势。

1 储能发展现状及趋势

储能作为一种优质的灵活性资源，可以在高比例新能源电力系统中起到重要的灵活调节作用，促进新能源有效利用，提高电力系统安全性，为能源转型提供关键技术支撑，必将得到大规模应用。

全球电化学储能增长迅速，中美欧占主导地位。根据《储能产业研究白皮书2021》，截至2020 年年底，全球电化学储能累计装机1420 万kW，同比增长49.2%，其中中国330 万kW，位列第一。2020年，全球电化学储能新增装机470万kW，中国、美国和欧洲分别占全球新增投运总容量的33%、30%和23%，占主导地位。

电化学储能技术路线众多，包括锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠基电池等，每种技术路线的技术特点、成熟度、适合的应用场景以及产业应用规模各不相同。电池储能电站可灵活配置在电力系统的电源侧、电网侧、负荷侧，满足差异化储能应用需求，不同配置位置电池储能的典型应用场景如表1所示。

表1 不同配置位置电池储能的典型应用场景

2021年7月28日，国家能源局就《关于加快推动新型储能发展的指导意见》做出解读。《指导意见》是解决新型储能发展新阶段突出矛盾的客观需要和重要应对举措，“十四五”期间锚定3000万kW作为基本规模目标，接近当前新型储能装机规模的10 倍。“十五五”期间新型储能将实现全面市场化发展，以满足新型电力系统需求、支撑碳达峰碳中和作为目标，留足充分的预期空间。

2 国内外储能事故对比分析

2.1 国内储能事故案例

我国2017年以来共发生5起储能项目火灾事故，其中2 起发生在山西京能电厂，事故原因为电池柜内部线路对电池管理系统持续放电产生高温引起火灾；1 起发生在江苏某用户，事故原因为电池极性接反，现场调试时发生短路引起火灾；2 起发生在北京某用户，事故原因不详。

2.2 国外储能事故案例

根据公开资料，近年来，美国共发生5 起储能设施火灾，韩国发生30余起事故，欧洲比利时和英国发生1起事故，澳大利亚发生1起事故。德国等其他储能规模较大的国家尚未发生较严重的储能电池火灾事故。

2.3 国内外储能事故对比分析

从储能技术来看，发生火灾的储能技术主要是锂离子电池，国外主要是三元锂电池，我国三元锂电池和磷酸铁锂电池均有事故发生。磷酸铁锂电池相对于三元锂电池在安全性能方面更优，但安全问题仍不容忽视。

从事故原因来看，国外储能事故的主要原因是电池管理系统和电池电芯缺陷；国内储能事故的主要原因是电气设备故障或操作不当。

从技术标准来看，欧美储能事故相对少发，得益于标准体系较为完善，限制条件严格。美国已制定NFPA855、UL9540 等储能安全系列标准，明确规定对于布置在屋顶、地下车库等特殊场所储能项目建设要求。欧洲储能标准主要依托ⅠEC 国际认证标准。

从安全管理来看，构建电力储能安全管理体系是国外储能火灾事故后的重要经验。韩国提出建立储能系统安全管理体系，加强电池及变流器全生命周期安全管理。美国国家消防协会将储能设备划定为特定消防对象，针对储能消防开展专业专人培训。

3 储能电站安全存在的问题

储能电站安全问题不仅仅是电池本身的安全问题，而是涉及到储能系统设计研发、设备选型、生产制造、电站设计、施工、验收、运维、退役回收等各个环节，任何一个环节的疏忽都可能酿成大的安全事故。

3.1 安全生产技术问题

安全技术不成熟。各厂家电池质量良莠不齐，部分储能电池执行电动汽车电池标准，针对规模应用的储能电池单体、模组缺乏系统性安全设计，个别新型高安全储能器件技术尚不成熟。普遍缺乏可燃气体探测装置，无法提前探测电池热失控状态。常规烟感、温感探测器难以有效识别电池早期异常状态，预警相对滞后。不同规模和类型的储能电站固定灭火系统配置标准不明确，微型储能电站尚无明确有效地消防设施配置标准，现有七氟丙烷等气体灭火系统可快速扑灭明火，但缺乏降温能力，难以抑制电池火灾复燃。

标准规范不完善。目前已发布电化学储能标准共96 项、在编19 项，其中国标18 项、行标33 项、团标44项、国网企标20项。在设备及试验、规划设计、并网调度、运行维护等方面已具备核心标准，但在施工、调试、验收、消防、检修等方面尚不完善。现有部分标准发布时间较早，无法满足储能行业快速发展的需要。

消防问题解决难。消防建审难度大，各地住建消防部门大多认为电池预制舱为电气设备，拒绝接受小型储能电站消防工作图纸审核和验收（备案）。气体灭火、泡沫灭火、细水雾灭火等系统操作人员应具备高级消防设施操作员资格，当高级资格取证要求高、周期长，相应专业人员匮乏。

3.2 储能安全管理问题

安全管理体系不健全。部分储能电站的投资、建设、租赁、运维等各相关方之间，安全责任界面不够清晰。管理单位尚未制订储能电站相关安全管理制度、规范或评价标准，安全管理制度规程不完善。部分储能电站建设在国网公司变电站或所属土地内，未明确土地使用权、资产分界点及安全风险责任划分。

依法合规建设不完善。项目建设规划许可、施工许可、安全评价、并网测试等手续不齐全，部分储能电站的电池、PCS等核心部分检验不全面。

调试运维管理不规范。忽视安装调试阶段安全风险，未制订相应实施方案、应急预案，安全工艺不到位。运维人员技术能力良莠不齐、安全保障能力不足。储能设施、灭火系统维护保养不到位。

应急处置能力不足。多数电站应急预案和现场处置方案不完善，部分电站应急装备不齐备，未与属地消防部门建立联动机制，现场运维人员缺乏应急知识和能力，对灭火系统、消防设施操作不熟练，对灭火和应急疏散预案不熟悉，地方消防救援队员不清楚电池火灾扑救方法。

4 储能电站安全展望

4.1 健全安全生产管理制度体系

我国亟需建立针对电化学储能电站安全要求的标准体系，包括强制性国家标准，在此基础上逐步推动储能产品、储能电站的强制安全认证。通过强制安全认证手段，能够客观公正地评价不同储能产品、储能电站的安全水平，从而设定安全门槛，促进整个储能行业安全水平的提升。结合储能电站全过程业务内容，进一步明确储能电站管理的职责分工。

4.2 强化在运和规范新建储能电站安全管理

针对不同接入环节、投资主体等特点，明确储能电站运维服务方式和运维主体单位，规范投运、停运、复役安全管理，严格履行相关评估、审核、备案程序。明确项目投资原则和管理要求，加强电站设计及电池选型管理，规范开展设备型式试验和到货抽检，加强电站验收管理，从源头上提高安全保障。

4.3 加大安全技术研究力度

开展储能电站安全新技术研究和工程化推广应用，重点研究储能设施全寿命周期应用安全技术，储能设施安全状态在线感知及诊断技术，高效电-热管理技术，基于电池转态准确感知的储能电站安全预警技术。研究规模化储能设施火灾特征、演变机制及防止热失控蔓延阻隔防护技术，储能电池快速灭火且长效复燃抑制的清洁高效灭火技术，验证并优化完善现有储能电池灭火技术。

4.3 加强储能专业技能人才培养

重视对储能一线作业人才的培养，包括负责储能设备运输、安装、调试运维、消防的一线作业人员。一线作业人员对锂电储能系统要有足够的理论认知和实际操作技能，在日常维护中能够敏锐地发现问题与隐患，面对突发问题时能够采取正确的处理措施，避免小问题发展成大事故。对关键岗位的储能一线作业人员进行专业培训和考核，持证上岗。