▲国家电网牵头开展大规模储能项目研究

碳中和督促储能时代来临

21世纪，碳中和是一场广泛而深刻的经济社会变革，是挑战更是机遇。随着新能源渗透率的增加，储能已成为必要的使能技术，是提升清洁能源利用效率，保障电网安全运行，实现源网协调发展，助力能源清洁转型的重要支撑。然而，储能安全事故却时有发生，严重威胁百姓的生命财产和安全。对于储能行业来说，安全问题是规模化发展前务必要重视解决的问题。在当前的趋势和环境下，解决储能安全问题是行业健康发展的当务之急。

伴随着全球逐渐减少的不可再生的能源和日益严峻的环境问题，新能源、新能源材料的开发和应用也是在不断发展。随着锂离子电池组在电池储能系统中的广泛运用，电池系统使用安全逐渐受到重视，有害气体检测装置可以有效预警有害气体含量超标，降低由于电池故障造成的火灾隐患。针对储能电池系统，设计一款电池安全检测装置适用于电动汽车电池箱、储能电池系统等密闭空间的有害气体、烟雾、温度检测，是行之有效的安全预警办法。

▲锂离子电池结构及工作原理

动力电池安全监测

近年来，伴随着混合动力汽车的出现，人们对高性能的锂离子电池的要求也日益迫切，但是随着电动汽车保有量的与日俱增，电动汽车也频发起火事故，引发了社会各界对电动汽车动力电池安全性的担忧和质疑，其安全检测相关技术受到世界各国的高度重视。

▲电池安全检测模块在动力电池安全上的应用

依据2012年6月国务院印发的 《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020 年）》，到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量将力争达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力将达200万辆、累计产销量将超过500万辆。可以预见，国家及地方政府对电动汽车产业的扶持力度还将持续加大，动力电池的安全性问题势必会更加凸显。国内相关单位会继续加强完善动力电池的标准体系，不断提升其安全性试验检测技术，进而增强动力电池的安全性水平。在我们之前的文章中简单讨论过慧闻科技电池安全监测传感器模组，新能源汽车动力安全保障新标兵，这里就不再过多赘述。

储能系统安全监测

▲储能电池安全方面的应用

今天我们主要讨论储能电池安全方面的应用，近些年国家对储能政策的支持，我国的储能产业快速发展。随着我国碳达峰与碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断提高，加速替代化石能源。习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上指出：要实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。随着新能源成为主力能源，逐步增量替代火电，将给电网的稳定运行带来挑战。储能由于具有选址容易、配置灵活等特点，是实现可再生能源消纳和保证电网安全、稳定运行的有效手段，已经在电源侧、电网侧和用户侧等领域得到应用。

集装箱式锂离子电池储能系统作为一种新型储能装备，兼具较高的功率密度和能量密度，同时具有寿命长、可靠性高及环境适应性强等优点，在电源侧、电网侧和用户侧都具有广泛的应用前景。近年来，江苏、河南、湖南、青海和福建等电网侧百兆瓦级锂离子电池储能电站相继建设投运，在平抑新能源电力波动、提升清洁能源外送能力、电网调峰、调频和电力辅助服务等领域发挥重要作用，大容量集装箱式锂离子电池储能系统成为未来发展的趋势。

▲无锡祝塘综合能源服务站 集合变电站、储能站、分布式光伏站、电动汽车充电站等多项电力设施

▲国内外典型兆瓦级锂离子电池储能电站

集装箱式锂离子电池储能系统是以标准集装箱为载体，将锂离子电池、电池管理系统、监控系统、空调系统、消防系统和配电系统集成在集装箱内，以实现高集成度、大容量和可移动的储能装置。锂离子电池能量密度高，其电解液的溶剂通常为有机碳酸酯类化合物，具有闪点低、化学活性高和极易燃烧的特点。即使在集装箱设计中考虑了防护措施，仍很难避免由于锂电池过充电、过放电、短路和机械性破坏时所导致的储能电池内部热失控，进而导致爆炸、燃烧等连锁反应。

由于集装箱内的锂离子电池采用集成化设计，当某一组锂电池发生热失控后，会对周围的电池产生强烈的热冲击，造成热失控蔓延，同时生成大量烷烃类可燃气体，可能发生严重的火灾甚至爆炸事故。近年来，电化学储能电站安全事故时有发生，国内外已总计发生30多起储能电站起火事故，造成财产损失和人员伤亡。锂离子电池储能系统的安全问题成为制约行业快速发展的重要因素，越来越受到社会各界关注。

▲锂离子电池热失控过程分析

安全储能，一直是储能站建设中需要考虑的重要因素，其中电池仓位热失控是导致安全事故的主要原因。各储能站电池仓迫切需要一种监测设备，实时自动采集储能站内锂电池的安全状态，在锂电池热失控前或之后及时、准确地监测气体及温度变化并发出预警，使管理者有充分的时间采取相应的措施，避免停电事故和火灾发生扩大等。

▲储能集装箱结构及工作原理

储能安全监测模组是储能系统安全检测的重要保障手段，将给储能站的安全运行和维护带来极大的方便，为锂电池储能站安全运行提供可靠保障，真正地做到防患于未燃，符合储能行业“安全第一，预防为主”的安全思想。需要针对集装箱式锂离子电池储能系统消防灭火的特点和技术需求，从消防安全标准体系建设、新型消防技术及装置研发和火灾早期探测预警 装置研发等方面开展系统研究。建立系统、科学的技术标准体系及测试规范，开发有针对性的锂离子电池储能系统消防灭火技术。提升集装箱式锂离子 电池储能系统的安全性，促进集装箱式锂离子电池储能系统在新型电力系统中的规模化应用。

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国内外电化学储能电站安全事故最根本原因是什么？

通过对国内外电化学储能电站安全事故的分析，可以发现导致火灾的最根本原因是引发了电池温度不断上升的链式反应（热失控），热失控的原因复杂多样，经梳理后总结如下：

1.电池本体安全方面，电池本体的安全隐患主要包括电池制造过程的瑕疵和电池的老化两个方面。

2.外部刺激源方面，外部的刺激源包括电气拓扑设置不合理或者保护装置误动作等因素导致的外部短路电流冲击，或者电池外部高温产生的热冲击都可能引发电池单体的热失控，进而演变为储能电站的燃爆灾难。

3.管理系统方面，储能电站中的电池管理系统、电力转换系统和能量管理系统参数设定的不合理、对应的联动管控逻辑不正确和控制错误、监测误差等均可能导致电池的滥用和其本体的非正常老化。

4.外部环境方面，外部环境因素通常会影响电池本身的安全运行，如水分、盐雾及粉尘等外部因素可能降低电池内模块绝缘性能，触发电池事故。低温、高温环境都有可能导致电池本体内部出现化学反应，进而引发电池的热失控。

参考资料：

【1】《面向动力电池储能系统的气体检测与预警装置设计*》，吴 敏 闫蕙馨 赵雨微 李建勇 孙金磊［1．南京理工大学 自动化学院，江苏 南京 210000;2．中广核( 上海) 新能源有限公司，上海 200241］，电器与能效管理技术( 2020 No.5) 储能技术专题：储能技术；

【2】《基于低维纳米结构的高性能锂离子电池和气体传感器研究》，陈朝辉 薛欣宇，东北大学理学院；

【3】《锂离子电池储能质量与安全检测评价》，官亦标，（中国电科院；国家电网电池储能技术实验室），“国家电投储能大家谈”系列论坛；

【4】《集装箱式锂离子电池储能系统消防技术研究进展》，　茹　毅　黄孟阳 　屈树慷　李建林，（1.云南省能源研究院有限公司；2.储能技术工程研究中心（北方工业大学））电气时代·2021 年第 11 期 储能系统。

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