聚焦安全精品示范 助力新型电力系统建设

——“2021山东储能技术应用与安全研讨会”观点摘登

　　□ 本报通讯员 马向阳 贺永杰 杨以忍
　　　　本报记者 张思凯


编者按
　　在“2021山东储能技术应用与安全研讨会”上，国内15名知名储能专家、领军企业代表齐聚一堂，重点围绕锂离子电池储能安全、网源荷储一体化、电化学储能电站系统设计等6个专题把脉会诊、建言献策。现将6位专家研讨观点摘编刊发，以飨读者。

加快电化学储能基础建设 助力构建新型电力系统
　　随着新能源规模不断扩大，电力系统安全稳定运行挑战愈加严峻，加快电化学储能基础建设对促进新能源消纳利用、提升电力系统调节能力和安全水平等方面优势日益显现。
　　目前，山东电网电化学储能工作主要围绕以下三个方面开展：在服务储能接网运行上，编制并网验收标准、服务手册、调度运行管理等规章制度，开展技术指导，服务储能有序接网。目前，已接入储能电站19座，年底再新上储能34座，山东电网储能规模突破百万千瓦。在搭建储能调控平台上，建设集中式储能自动发电控制系统，实现多元协调自动发电控制；建立源网荷储协同调控平台，实现“源随荷动、荷随网动、源网荷储协同配合”智能互动模式；将储能资源纳入电网系统保护范畴，充分发挥百毫秒级有功快速响应支撑能力，等效替代切负荷动作量；推进储能一次调频功能建设，为验证新能源场站提供惯量支撑和一次调频能力。在探索储能调度机制上，修订完善《山东电力辅助服务市场运营规则(试行)》，将储能设施纳入调峰、调频辅助服务市场；开展储能常态化调用，累计组织储能参与调峰35次，获取辅助服务市场补贴67.1万元。
　　建议：持续完善并网运行标准和技术要求、强化储能安全质量全流程闭环管控、出台储能并网运行评价考核机制，保障运行质效。

强化锂电池集控保护 提升储能应用安全
　　电化学储能技术安全性一直是产业发展和行业应用的焦点和痛点，存在不同的安全风险。如锂电池的热失控引发燃爆风险、液流电池的酸性有毒电解液泄露风险、压缩空气储能的高压气体存储风险、氢储能的制储输用全环节安全风险等。
　　从锂电池的热失控及燃爆特性分析，电池热失控后会释放大量高温、有毒及可燃烟气，满电状态下热释放速率峰值超过汽油，且热失控危害持续时间长，可燃气体聚集后爆炸当量高。从锂电池材料体系来看，三元电池正极材料热稳定性差且分解时产生氧气，热失控时易产生燃爆。磷酸铁锂电池正极材料热稳定性好且分解时不会产生氧气，热失控时一般不会直接爆炸，燃爆的发生是可燃气体聚集后产生，一定意义上可视为次生灾害。因此，磷酸铁锂电池较三元电池安全性更好，更适合储能规模化应用。
　　建议：重点关注储能电池整机性能和安全评测，强化标准实施监督，遵循防蔓延、防扩散、防火烧基本原则，聚焦热管理设计、监测阻隔、配套安全辅助设施等方面，建立以液冷为代表的新型封闭式储能单元、先进舱内预警灭火及通风防爆系统，形成高质量储能系统整体技术方案，实现电池储能系统由工程现场模块化集成向电力标准化系统整机制造的转型。

储能在网源荷协同中的应用技术
　　在高比例新能源接入和未来碳达峰碳中和战略目标推动下，新能源发电正由辅助向主力转变，给电网调频、调峰带来巨大挑战。储能作为促进新能源发电并网消纳的重要支撑，规模化发展已成必然趋势。
　　在区域综合能源智能优化调度与控制技术上，充分利用储能能量时移特性，综合考虑冷热电等多种能源运行状态，构建涵盖配电网、多种分布式能源、柔性负荷等运行数据等多维信息模型，在保证配电网供电质量和可靠性基础上，以提高多种能源与柔性负荷资源利用率和联络线功率精准控制为目标，实现能量优化调度管理。
　　在光储充一体化上，通过能量存储和优化配置，实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，缓解充电桩用电对电网的冲击；广泛推广使用储能电池直接给动力电池充电，提高能源转换效率，解决在有限的土地资源里配电网的问题。
　　在冷热电联储能技术上，构建冷热电联储系统，打通多能互补分布式能源系统中的热电耦合通道，实现对冷、热、电等多种能源形式的互补开发和综合利用，提升系统综合利用效率。
　　建议：部署电池储能系统，参与系统中电力平衡的实时调节，参与系统调频调压；部署冰/水蓄冷、电蓄热及相变蓄热装置，实现冷、热、电等高效转换及互补开发。

锂离子电池模组火灾特性及灭火试验研究
　　锂离子电池储能电站火灾事故具有事故风险大、高电压高电流高能量、有毒有害、易燃易爆、灭火扑救难度大等特点，兼具固体深位火灾、气体火灾、液体火灾和电气火灾等多种火灾特性，火灾时伴随锂离子电池急剧喷射易燃可燃气体现象，气体聚集达到爆炸极限后发生爆炸。
　　在火灾预警策略上，研究早期火灾探测预警技术，在单体电池热失控阶段采用一定的电气控制和火灾预防措施，可有效避免事故发生。在灭火方式方法上，锂离子电池储能电站火灾采用七氟丙烷等常规灭火系统灭火时极易发生复燃，储能电站灭火系统要综合考虑持续降温控火能力。在储能电站防火设计等相关标准规范制修订上，从源头上预防火灾事故发生，加强储能电池系统本质安全设计，结合储能电站规模化建设的特点，在建筑防火和消防设施等方面形成安全保障。
　　建议：明确灭火系统设计参数，在锂离子电池储能电站安装爆炸预警装置和排烟防爆设备，建设储能电站消防安全标准体系，完善储能电站事故应急处置预案，推动储能电站高质量发展。

锂离子电池技术现状和未来发展
　　从1859年，法国人Plante发明可充放铅酸蓄电池，1947年法国人Neumann成功研制密封镍镉电池，1960至1970年，美国、苏联研制成功航天用镍氢电池，这些电池由于能量密度偏低、寿命偏短等原因，导致在大规模应用上受到限制。21世纪，以中国为首的电池技术高速发展，锂电技术取得巨大进步，已大规模投入商业化应用。锂离子电池在充放电过程中发生脱嵌反应，与一般化学反应不同，嵌入反应有一定的非计量范围，在此范围内，热力学性质随嵌入深度的变化而变化，合理控制可以使锂离子重复脱嵌上万次。
　　目前，适合作为电池负极的材料主要有石墨、硅、钛酸锂等，作为正极的材料主要有磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂及酸锂材料，对比以上材料，磷酸铁锂兼具安全、经济、资源丰富、寿命长等优势。在安全上，磷酸铁锂橄榄石结构稳定，热稳定性优于三元材料，800℃下的磷酸铁锂仍不会分解释氧。在能量密度上，磷酸铁锂电池具备170至200瓦时/千克高能量密度。目前，我国福建晋江100兆瓦时储能应用中，磷酸铁锂电池可以做到1.2万次循环。
　　建议：加强锂离子电池技术在快充、能量密度、长寿命、可靠性上的全面发展。

加强储能系统技术引领 推动储能健康有序发展
　　构建以新能源为主体的新型电力系统，离不开储能关键技术支撑，随着山东2021年储能示范项目发布，标志着我省大规模储能示范应用走在国内前列。但结合其他储能项目执行情况来看，存在着产品质量良莠不齐、缺乏统一标准的指导文件、储能电站存在安全隐患等问题。
　　当前背景下，山东电工电气集团与国网山东电力、中国电科院联合成立国家电网电池储能技术实验室共享(山东)实验室，通过共享平台发挥各自优势，对制订山东储能标准规范，加强电池本体抽检、安全防范、并网检测等过程管控，保障山东电网储能接入的安全可靠，推动山东储能产业健康有序发展具有重要意义。本批山东省储能示范项目规划从商业模式、示范申报、技术创新到产业带动充分发挥了先进引领作用，山东电工电气集团作为省内起步较早的储能系统集成企业，抓牢储能规模化发展历史机遇，加大科技攻关力度，加快储能技术应用和产业发展，抢占储能技术制高点。
　　建议：统筹考虑储能运维管理、安全保障、应急管理等机制，注重设备选型、系统集成设计，做好抽检和并网检测等过程管控，引入运行评价机制。