新型儲能是新型電力系統(tǒng)中重要的靈活調(diào)節(jié)資源,然而,其大規(guī)模集中接入電網(wǎng)在安全性方面仍嚴峻安全挑戰(zhàn),規(guī)?;瘍δ芟到y(tǒng)在應用層面的安全水平是業(yè)內(nèi)關注的重要問題,在提升電池材料與結構設計的同時,也應聚焦儲能系統(tǒng)運行特性實證測試與狀態(tài)評估,建設規(guī)?;滦蛢δ堋爸性嚒被?,在應用技術、管控手段、實證測試上提升其整體安全運行技術水平。
新型儲能是實現(xiàn)“雙碳”自標、構建新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略性技術。隨著裝機規(guī)模從百兆瓦級向百萬千瓦級快速躍升,安全問題已成為制約其健康發(fā)展的首要瓶頸。單體電池熱失控可能會引發(fā)連鎖反應,造成電站火災甚至爆炸;海量電池簇健康狀態(tài)難以精準評估,影響電站整體出力和壽命;大規(guī)模儲能在響應電網(wǎng)快速調(diào)節(jié)指令時,其自身動態(tài)行為以及與同步機、新能源的交互穩(wěn)定性,直接影響電網(wǎng)安全,因此,系統(tǒng)性解決規(guī)模化新型儲能安全運行問題需多維度發(fā)力。
在設備本體技術方面,從電池材料與結構設計上提升安全性能。設備應用層面,通過優(yōu)化運行策略、約束運行邊界、應用更先進的狀態(tài)監(jiān)控與預警技術、完善標準規(guī)程體系,強化標準化管控能力,提升行業(yè)整體安全水平。設備實證測試方面,通過疊加復雜工況、超長運維周期,長時間實證測試驗證設備的安全性與穩(wěn)定性。以上每一個環(huán)節(jié)不僅關系到電站資產(chǎn)和人員安全,更是保障大電網(wǎng)穩(wěn)定運行、提升新能源消納能力、釋放儲能多重價值的基礎,具有重大的國家能源戰(zhàn)略意義和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實需求。
在新型儲能系統(tǒng)級安全管控的攻關實踐中,我們發(fā)現(xiàn)電池模組熱失控源于單體電池失效,并通過模組內(nèi)部熱傳導引發(fā)連鎖反應,最終可能導致大規(guī)模熱失控。長期以來,鋰電安全研究多聚焦單體電池,對模組級、電站級大容量電池的系統(tǒng)性測試與驗證相對不足。隨著能量密度提升及模組向大容量、集成化、高電壓發(fā)展,系統(tǒng)結構、應用場景、運行工況、環(huán)境因素等對儲能系統(tǒng)穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn)日益凸顯。
以某儲能電站為例,其因電池結構設計不合理導致系統(tǒng)性絕緣失效,進而引發(fā)熱失控故障。規(guī)?;膬δ茈娬窘?jīng)長期運行后,系統(tǒng)的絕緣性能降低,尤其是隨著儲能系統(tǒng)向大容量、高能量密度、緊湊布局發(fā)展方向下,絕緣性能下降問題突出,絕緣間距不足可能引發(fā)電氣接地故障,增加火災風險。同時,電池結構設計不合理也會引發(fā)儲能系統(tǒng)溫度場異常,在大功率、長周期運行情況下,系統(tǒng)性安全風險加劇。
針對上述問題,我們建立了新型儲能全壽命周期內(nèi)的安全管控體系,重點在以下幾個方面開展實踐探索。一建設先進儲能試驗平臺,打造系統(tǒng)級儲能安全演變?nèi)^程反演、支持多場景多工況動態(tài)配置的試驗環(huán)境,推動測試體系覆蓋傳統(tǒng)“性能檢測”和“事件過程交互復現(xiàn)”綜合性體系,并建設規(guī)?;滦蛢δ茉囼?、實證和測試基地。二強化核心性能測試與評價,建立儲能變流器(PCS)全項測試能力(外觀、防護、告警保護、電氣性能等)。依據(jù)《預制艙式鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術規(guī)范》,開展全項測試(交變濕熱、電磁兼容、環(huán)境適應性、防雷、并網(wǎng)適應性等)。三構建智能運維與安全管控體系,針對系統(tǒng)性能與安全穩(wěn)定,提出80余項關鍵檢測和監(jiān)測內(nèi)容。相關成果被《電化學儲能電站啟動驗收規(guī)程》《電化學儲能電站安全規(guī)程》等國家標準采納。四提升系統(tǒng)與涉網(wǎng)性能實證能力,針對行業(yè)缺乏大容量實證基地的痛點,建設全項測試場景(故障穿越、緊急功率支撐、AGC、過載能力、一次調(diào)頻、電能質(zhì)量、慣量響應等)。并在國家風光儲輸示范基地配置大容量、多電壓等級實證接口,建立孤島與并網(wǎng)實證母線,為新型儲能產(chǎn)品提供“試驗一實證”一體化平臺。
規(guī)?;滦蛢δ艿陌踩\行是一項涉及多學科、多環(huán)節(jié)、長鏈條的系統(tǒng)性工程。未來我們還將進一步推動電池廠商在電池材料、結構及熱管理等核心技術創(chuàng)新;發(fā)展更精準、實時的狀態(tài)評估與創(chuàng)新驗證早期預警技術;優(yōu)化控制策略,提升與電網(wǎng)的交互穩(wěn)定性與支撐能力,不斷筑牢規(guī)模化新型儲能的安全根基,充分釋放其在構建新型電力系統(tǒng)中的巨大潛能?!?/p>