儲能安全：風(fēng)險(xiǎn)防控與安全監(jiān)管

文/方來華 時(shí)訓(xùn)先

編輯 包冬冬

在國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)推動下，有業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，儲能產(chǎn)業(yè)在“十四五”期間將保持57%年復(fù)合增長率，可以預(yù)見，規(guī)?；瘍δ墚a(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。然而，儲能行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，多發(fā)的國內(nèi)外安全事故也為行業(yè)發(fā)展敲響警鐘。本文約請中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院方來華博士介紹儲能安全的挑戰(zhàn)與建議。

儲能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn)

碳達(dá)峰、碳中和已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)議題和重點(diǎn)研究課題，“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，有力地促進(jìn)了新能源產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。建設(shè)新型儲能是提高電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，提升清潔能源消納和存儲能力的重要舉措，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支撐，對促進(jìn)清潔低碳、安全高效的能源體系建設(shè)意義重大。目前，各國政府陸續(xù)推出的碳中和目標(biāo)將成為推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。

2020 年，我國新型儲能新增投運(yùn)規(guī)模突破百萬千瓦大關(guān)，新型儲能基本實(shí)現(xiàn)了由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡。中國已投運(yùn)電力儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量（物理儲能、電化學(xué)儲能以及熔融鹽儲熱）達(dá)到35.1 GW（吉瓦，是gigawatt 的縮寫，常用來表示發(fā)電裝機(jī)容量），尤其是電化學(xué)儲能應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，已投運(yùn)電化學(xué)儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為3.2 GW，較2019 年同比增長了91.2%。今年10 月24 日，中共中央、國務(wù)院正式發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中明確提出“加強(qiáng)電化學(xué)、壓縮空氣等新型儲能技術(shù)攻關(guān)、示范和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”要求以及堅(jiān)持“全國統(tǒng)籌、節(jié)約優(yōu)先、雙輪驅(qū)動、內(nèi)外暢通、防范風(fēng)險(xiǎn)”的原則。“新能源+儲能”項(xiàng)目激勵(lì)機(jī)制以及各項(xiàng)儲能發(fā)展政策的發(fā)布實(shí)施，為電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供重大機(jī)遇。

由于電化學(xué)儲能屬于能量高度密集的化學(xué)集成設(shè)備，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，加之儲能安全相關(guān)的系列法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)存在滯后和缺失，儲能電站在項(xiàng)目規(guī)劃、市場準(zhǔn)入、電池安全質(zhì)量管控、建設(shè)運(yùn)營、維護(hù)管理、退役回收等各環(huán)節(jié)都存在事故風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)相應(yīng)的安全管理和監(jiān)督機(jī)制不健全、風(fēng)險(xiǎn)感知預(yù)警能力較弱、消防應(yīng)急處置難等問題尚未解決，導(dǎo)致儲能事故時(shí)有發(fā)生。今年，北京豐臺大紅門儲能項(xiàng)目調(diào)試期間，起火爆炸致2 死1 傷1 失聯(lián)，造成了嚴(yán)重的不良社會影響。7 月底，澳大利亞維多利亞儲能項(xiàng)目調(diào)試期間起火，連燒4 天才被撲滅，加重了民眾和政府對此類項(xiàng)目安全的擔(dān)憂，這對儲能行業(yè)安全可持續(xù)快速發(fā)展造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近10 年，全球僅公開報(bào)道的電化學(xué)儲能火災(zāi)爆炸事故就達(dá)35 起，統(tǒng)計(jì)情況如表1 所示。

表1 儲能事故統(tǒng)計(jì)表

從事故統(tǒng)計(jì)表中可得知：儲能電站事故絕大多數(shù)發(fā)生在近4 年內(nèi)，有33 起，占總數(shù)94%；三元鋰離子電池儲能事故最多，有28 起，占總數(shù)80%；大部分事故發(fā)生在韓國儲能項(xiàng)目中，這與其以三元鋰離子為主流技術(shù)路線有關(guān)；大部分起火事故發(fā)生在充電中或充電后休止?fàn)顟B(tài)，有21 起，占總數(shù)60%。

儲能電站事故機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)要素研究

儲能電站安全是一項(xiàng)涉及材料、機(jī)械、電氣、控制、管理、信息、建筑等多學(xué)科專業(yè)交叉、多過程耦合的系統(tǒng)工程，在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、安裝調(diào)試、系統(tǒng)集成、運(yùn)行維護(hù)、存儲管理、退役回收等各個(gè)環(huán)節(jié)均存在著事故風(fēng)險(xiǎn)。通過對儲能電站事故機(jī)理和致因分析研究表明，事故的發(fā)生常常是有多種因素交互作用演化發(fā)展，最終導(dǎo)致儲能電池濫用及熱失控的發(fā)生。儲能電池濫用誘發(fā)因素包含了電池本體、外部激源、運(yùn)行環(huán)境及管理系統(tǒng)4 個(gè)方面，電池濫用誘發(fā)因素、事故觸發(fā)機(jī)制以及事故演化過程如圖1 所示。

圖1 電池濫用誘發(fā)因素、觸發(fā)機(jī)制以及事故演化過程

電池制造缺陷、電池系統(tǒng)電氣保護(hù)系統(tǒng)缺陷、運(yùn)行環(huán)境不良、安裝質(zhì)量問題、集成控制和保護(hù)系統(tǒng)缺陷，都是引發(fā)電站發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故的重要觸發(fā)因素。儲能電站事故頻發(fā)的背后，并不僅僅是單一環(huán)節(jié)的問題。儲能電站安全問題是一個(gè)系統(tǒng)性安全問題，儲能系統(tǒng)的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)可能存在于電站規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)施選型、施工調(diào)試驗(yàn)收、并網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)、退役管理、應(yīng)急管理與事故處置的各環(huán)節(jié)。

第一，電站安全設(shè)計(jì)方面。電站選址、儲能電池系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、消防報(bào)警滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、功能和配置設(shè)計(jì)，均會影響到儲能電站后續(xù)建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)維安全。

第二，設(shè)備設(shè)施選型方面。儲能設(shè)備設(shè)施包括各種技術(shù)路線的電池系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等，任何設(shè)備的異常狀態(tài)、故障或失效都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成安全事故。

第三，安裝調(diào)試驗(yàn)收方面。在電站安裝調(diào)試及驗(yàn)收階段出現(xiàn)的施工錯(cuò)誤、操作不當(dāng)及安全隱患和質(zhì)量問題排除不及時(shí)，都會增加后續(xù)儲能電站的安全風(fēng)險(xiǎn)。

第四，運(yùn)行維護(hù)應(yīng)急方面。電站日常操作或維護(hù)不當(dāng)、電化學(xué)電池及其配套設(shè)備設(shè)施的異常運(yùn)行和故障處理失誤，都可能引發(fā)事故，消防報(bào)警和滅火系統(tǒng)的失效以及針對鋰電池?zé)崾Э氐膽?yīng)急處置措施的有效性也都會極大影響事故風(fēng)險(xiǎn)程度。

儲能電站從設(shè)計(jì)建設(shè)到運(yùn)行退役全生命周期過程中，有眾多的參與方，如電站規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、電池生產(chǎn)商、系統(tǒng)集成商、建設(shè)施工單位、運(yùn)維管理單位、檢測監(jiān)督部門、消防應(yīng)急等多個(gè)部門和人員。任何一個(gè)主體和環(huán)節(jié)產(chǎn)生的安全隱患都可能導(dǎo)致后續(xù)階段出現(xiàn)事故。從儲能行業(yè)本身來講，儲能安全相關(guān)的系列標(biāo)準(zhǔn)制定工作亟待推進(jìn)，儲能電站要從整個(gè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、關(guān)鍵設(shè)備質(zhì)量控制、安裝建設(shè)、運(yùn)營調(diào)試、并網(wǎng)驗(yàn)收、退役回收、極限惡劣應(yīng)用、功能安全等方面通盤考慮，這些離不開安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)和規(guī)范，更離不開標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有效貫徹執(zhí)行。

目前，我國已發(fā)布的儲能及電化學(xué)儲能電站相關(guān)國家、行業(yè)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)有80 多部，但主要涉及電池、試驗(yàn)、并網(wǎng)及檢測、運(yùn)行調(diào)度等方面。針對電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、退役等工作適用的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，仍處于缺失狀態(tài)，國內(nèi)外還沒有成熟的儲能系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估和防控相關(guān)規(guī)范可供直接參考使用，有效的安全管控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚未形成，同時(shí)儲能建設(shè)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布實(shí)施，政府和企業(yè)安全監(jiān)管部門在儲能電站規(guī)劃、建設(shè)、檢測、驗(yàn)收、監(jiān)督管理、應(yīng)急管理和處置等方面如何有效開展工作，都缺乏專業(yè)規(guī)范的指導(dǎo)和參考，這給儲能電站安全生產(chǎn)工作帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。

儲能電站安全風(fēng)險(xiǎn)防控和安全監(jiān)管建議

習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào),“發(fā)展決不能以犧牲人的生命為代價(jià)，這必須作為一條不可逾越的紅線”。要堅(jiān)持統(tǒng)籌儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和安全，堅(jiān)決守牢安全底線。安全、成本和軟件是制約儲能行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的主要障礙，其中安全是儲能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的底線，要將安全理念滲透到儲能設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)行管理和維修退役的每一個(gè)過程和環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)儲能安全系統(tǒng)化、精細(xì)化的管控，建立儲能系統(tǒng)的“本征安全”“主動安全”和“被動安全”三道安全防護(hù)策略。

本征安全方面，提升儲能電池本體的本征安全程度，包括提升材料安全性（選擇熱穩(wěn)定性好的正負(fù)極材料，采用摻雜、包覆等，提升電極熱穩(wěn)定性，采用阻燃劑，提升電解液安全性）、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)與工藝安全性（采用方型鋁殼設(shè)計(jì)加強(qiáng)防護(hù)結(jié)構(gòu)、采用卷繞工藝減少剪切產(chǎn)生毛刺、結(jié)構(gòu)材料防火阻燃、設(shè)計(jì)短路防護(hù)、過流保護(hù)功能、采取功能安全設(shè)計(jì)等）。

主動安全方面，對儲能建設(shè)和運(yùn)行過程的安全檢測、安全監(jiān)測和安全預(yù)警報(bào)警，如采取實(shí)時(shí)絕緣監(jiān)測、熱安全管理、故障可靠預(yù)警、壽命智能評估、智能安全運(yùn)維，全員安全責(zé)任。

被動安全方面，建立可靠的消防報(bào)警、自動滅火系統(tǒng)以及特定狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)快速的泄壓防爆技術(shù)，突發(fā)事件發(fā)生后采取科學(xué)有效的應(yīng)急處置措施和啟動對應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。

從儲能安全管理和監(jiān)督的角度出發(fā)，筆者建議加強(qiáng)如下幾點(diǎn)：

一是強(qiáng)化儲能電站安全風(fēng)險(xiǎn)源頭管控。全面辨識儲能安全重點(diǎn)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定對應(yīng)的各環(huán)節(jié)、各要素的風(fēng)險(xiǎn)管控措施。通過對儲能設(shè)備設(shè)施出廠前型式試驗(yàn)、建設(shè)期到貨抽檢和運(yùn)維過程中定期檢查，嚴(yán)控儲能電站各類設(shè)備設(shè)施和系統(tǒng)質(zhì)量，提升電站本質(zhì)安全水平。企業(yè)是儲能電站安全責(zé)任主體，要建立健全安全管理體系，把儲能安全管理納入企業(yè)安全管理體系，對在建、在運(yùn)儲能電站實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)督管理，及時(shí)排查治理儲能安全隱患。加強(qiáng)消防可靠設(shè)計(jì)、強(qiáng)制消防驗(yàn)收、實(shí)施消防應(yīng)急管理和多方消防應(yīng)急聯(lián)動，有效科學(xué)處置各類事故險(xiǎn)情。

某儲能電站一角

二是樹立儲能電站安全系統(tǒng)化和精細(xì)化管控意識。始終以電化學(xué)儲能電站全鏈條安全管控為核心，加強(qiáng)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”全要素安全精細(xì)化管理。建立健全儲能項(xiàng)目準(zhǔn)入機(jī)制，通過安全評估與論證，合理確定電站選址、布局和安全設(shè)施建設(shè)，杜絕違規(guī)亂建。明確儲能電站在備案、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、退役回收全生命周期各環(huán)節(jié)安全管控與監(jiān)督要求，層層傳遞和壓實(shí)安全責(zé)任。通過開展型式試驗(yàn)、貨物抽檢，確保儲能相關(guān)產(chǎn)品及系統(tǒng)安全質(zhì)量。實(shí)施消防驗(yàn)收、電站站級試驗(yàn)、竣工驗(yàn)收，確保儲能電站工程質(zhì)量。建立并網(wǎng)檢測準(zhǔn)入機(jī)制，強(qiáng)化制度標(biāo)準(zhǔn)剛性，加強(qiáng)并網(wǎng)安全審查，嚴(yán)禁“帶病并網(wǎng)”。

三是政府部門協(xié)同管控機(jī)制。明確發(fā)展改革部門、能源管理部門、國土空間規(guī)劃部門、市場監(jiān)管部門、工信部門、應(yīng)急管理部門等各委辦局安全監(jiān)管職責(zé)，各司其職。在項(xiàng)目準(zhǔn)入、電站規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與質(zhì)量控制、施工驗(yàn)收、并網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行維護(hù)、退役管理、應(yīng)急管理與事故處置等各環(huán)節(jié)，落實(shí)各方安全監(jiān)管責(zé)任，形成監(jiān)管合力。如發(fā)展改革、能源和國土空間規(guī)劃管理部門要規(guī)范儲能項(xiàng)目準(zhǔn)入管理，加強(qiáng)儲能安全頂層設(shè)計(jì)，制定完善相關(guān)法律法規(guī)、政策文件。市場監(jiān)督管理部門加強(qiáng)儲能質(zhì)量監(jiān)督管理，發(fā)布實(shí)施相關(guān)強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)急管理部門和消防救援機(jī)構(gòu)加強(qiáng)儲能電站安全生產(chǎn)、應(yīng)急管理和消防安全指導(dǎo)工作，依法依規(guī)開展監(jiān)督檢查。（本文作者單位系中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院）