2024年,我國新型電力系統加快構建,累計建成新型儲能超過6000萬千瓦,新型儲能創新技術不斷涌現。隨著儲能裝機量的不斷攀升,儲能事故發生頻率也在升高。有第三方機構統計,2024年前十月發生了超過20余起儲能事故,已超過2023年全年數據。安全問題始終是行業熱門話題。
在已公開了具體事故原因的案件中,因電池短路、漏液導致失溫,進而產生起火爆炸是事故發生的高頻原因。為了解決這一問題,保障儲能安全,行業百家爭鳴。從實際看,儲能安全仍處于初級起步階段,企業不斷探索更好的方案。
在行業普遍做到儲能箱級熱失控不擴散時,華為數字能源就已提出,在儲能的本體安全還存在不確定性的情況下,儲能系統的安全防控單元越小越安全。在其帶領下,全行業正從儲能箱級防護向部件級防護發展,保證電池包級失控不擴散,從源頭規避儲能箱起火、爆炸的風險,進一步筑牢行業安全底線。
電池包級安全理念逐步成為主流
做好電芯管理是保障儲能安全的基礎,一旦電池發生故障,更需要加強后期防控管理。畢竟對于大規模的儲能系統而言,其電池數量多、排列相對密集,單個儲能艙的容量為0.5-2MWh,內部單體電池數量可達數萬個。
若單體因濫用故障發生熱失控,極易導致周圍電池發生連鎖反應。對熱失控的控制正是儲能安全問題的難點所在,最嚴重的結果會導致火勢的大規模傳遞。
從現有火災事故來看,海外一些儲能電站熱失控的范圍多集中在單個集中箱內,但其配置的消防裝置、排風裝置并沒有起到撲滅火勢以及遏制復燃的明顯作用。
此外,儲能電池發生熱失控后,會產生氫氣、一氧化碳、甲烷等可燃氣體,當達到一定濃度后,與空氣中的氧氣結合,在達到一定的溫度時就會觸發火災甚至爆炸。針對可燃氣體聚集問題,及時泄爆同樣至關重要。
目前,業內對于儲能安全更早期預警的能力呼聲越來越高。儲能電池包級安全理念逐步普及應用,儲能系統內部開始走向更加精細化管理。根據修訂后的新版國標《電化學儲能電站設計規范》要求,儲能電池包包內需要更精準的熱管理、更加密切的探測預警,甚至增加防爆設計等,實現對安全的層層防護。
相較側重性價比的艙級防護,電池包級別能達到更加細致、精準的防護效果,無疑是更高一級的安全解決方案。
熱失控不擴散、不燃爆才是真安全
火災通常是一系列的連鎖反應,通過切斷這些連鎖反應才能做到從源頭控制起火風險。為此,華為數字能源在電池包上采用了四大技術,通過智冷算法急速降溫、正壓阻氧和定向排煙、氣體消防、高交聯材料絕緣,層層防控、疏堵結合,確保電池包級熱失控不擴散,把安全風險降到最低,做到從源頭控制風險。
2024年6月,華為數字能源發布的全球首款從芯到網的智能組串式構網型儲能平臺,真正做到了電池包級熱失控不擴散。近期,華為數字能源模擬極端工況,關閉儲能箱全部消防和應急響應系統,全面測試了電池包級防護的效果。
據了解,鋰電池最佳工作溫度一般在10-35℃范圍內,極端情況下也可承受-40-60℃的溫度。在濫用條件下,電池溫度異常升高至150-160℃時,內部就會發生短路,引發鏈式放熱反應,繼續釋放巨大熱量,導致熱失控。
在本次條件嚴苛的測試中,華為數字能源將電芯溫度由29.7℃加熱至560℃,電芯的短時急劇升溫引發電池包熱失控。而實驗結果顯示,電池包金屬外殼始終形態完整,包內未起火,也未向周邊電池包蔓延。
一方面,這得益于電池包殼體耐受1538℃的高溫,為電池包豎起堅固盾牌。其電池包全包采用覆絕緣防護,可避免外殼拉弧擊穿和電芯搭接短路,專利技術可確保電芯漏液失效時,單個電池包即使漏液也不會擴散。
另一方面,電芯采用間隔熱設計,阻止單體電芯熱失控擴散到相鄰電芯,并且通過極速制冷抑制電池包外殼高壓密閉設計,抑制氧氣進入,并配備定向泄煙閥實現可燃氣體定向排放。可燃氣體不在箱體內聚集,從源頭規避了電池包起火、爆炸的風險。
經過層層保護,儲能箱內檢測可燃氣體濃度全程小于NFPA855標準25%LFL(可燃下限濃度)。內部持續拉弧點火60分鐘,未發生起火、爆炸。并且,電池包外殼為全金屬結構IP65,在可靠性排氣通道口持續點火,點燃火苗并維持2-3分鐘后自熄滅,可燃風險已降到最低。
由此,全方位防護電池包熱失控不擴散、不燃爆,華為數字能源在最大程度上實現了儲能安全。
儲能安全邁入2.0時代
2024年12月,經德國萊茵TüV集團(以下簡稱“TüV萊茵”)認證,華為智能組串式構網型儲能平臺(LUNA2000-4472系列和LUNA2000-215系列)成功完成了儲能安全測試,并獲得TüV萊茵頒發的全球首個儲能安全最高等級認證證書。這表明華為智能組串式構網型儲能平臺的安全能力已經達到國際領先水平。
華為儲能系統憑借儲能安全方面的周密考慮和系統性設計,實現電池包級熱失控不擴散,從源頭規避儲能箱起火、爆炸的風險,做到不燃爆、真安全,引領儲能安全邁向2.0時代。
不可忽視,華為數字能源不只在電池包級上將安全做到極致,其智能組串式構網型儲能平臺已涵蓋從芯到網,即電芯、電池包、電池簇、系統到電網的每一步,提供端到端的安全保障。同時,華為數字能源也在通過數字技術與電力電子技術的融合,實現精細化監控與充放電管理,并通過數字孿生技術感知電站的每一個部件,保障更為細致的安全。
在過去的3年時間里,華為數字能源歷經多次實證,在多模式、多場景、多規格下,實現從安全到構網,從數字化到規模化應用發展。通過這家行業龍頭在安全方面的持續投入,可以看到技術創新的力量,以及企業對社會安全責任的深刻認知。
安全問題永遠值得慎之又慎。展望未來,華為數字能源等企業的創新實踐,無疑將引領行業向著更加安全、智能的方向發展。