新型储能系统“穿”上“金钟罩”

团队成员正在开展(kāizhǎn)储能电池热失控试验。 项目成果在南方电网宝塘储能站工程示范(shìfàn)应用。李冕祺摄 新型储能作为我国快速发展(fāzhǎn)的新兴产业之一，正在能源绿色低碳转型中发挥(fāhuī)着重要支撑作用。保障储能系统的安全运行(yùnxíng)成为产业高质量发展的重中之重。 近日(jìnrì)，“锂离子电池储能(chǔnéng)系统全寿命周期应用安全技术(jìshù)”项目顺利通过综合绩效评价(jìxiàopíngjià)。“面对新型电力系统对储能的(de)规模化安全应用需求，项目构建了包括储能系统设计(shèjì)、性能评价、监测预警、火灾防控的全周期安全防控技术体系。这相当于给接入电力系统的新型储能‘穿’了一层‘金钟罩’。”项目执行负责人、南方电网储能股份有限公司（以下简称“南网储能公司”）储能科研院副院长陈满说。 该项目由南网储能公司(gōngsī)牵头，中国科学技术大学、北京理工大学、天津消防研究所等单位联合完成(wánchéng)。 为储能新技术应用(yìngyòng)把好“安全关” “锂离子电池(diànchí)储能系统全寿命周期应用安全技术”项目聚焦于(yú)攻克(gōngkè)锂离子电池储能系统致灾机理不清、故障难以诊断、事故难以预警、灭火困难且易复燃等火灾防控难题(nántí)，推动锂离子电池储能规模化安全应用。 5月下旬，在安徽省六安市的中国科学技术(kēxuéjìshù)大学火灾(huǒzāi)安全全国重点实验室里，一场230安时钠离子储能电池热(rè)失控试验正在共享平台上紧锣密鼓地开展。该平台是我国首个兆瓦级(jí)全尺寸电池系统火灾模拟试验共享平台。 作为该项目的主要成果之一，全尺寸电池系统(xìtǒng)火灾模拟试验共享平台由近500立方米的主燃烧(ránshāo)腔室、集装箱燃烧腔室、大型量热系统等综合构成(gòuchéng)，可为储能新技术(jìshù)的规模化应用进行试验检测，把好用于电力系统前的“安全关”。 “平台具备不同层级电池储能系统火灾抑制功能，覆盖了(le)我国新型储能的全部灭火试验需求。同时，平台可以开展(kāizhǎn)过充、加热、短路(duǎnlù)等至少3种故障条件下的热失控火灾试验。”火灾安全全国重点实验室副研究员金凯强介绍。基于该平台的试验分析成果，我国储能系统的本体安全设计得以(déyǐ)优化，尤其是在储能装置中创新应用的扰流柱(liúzhù)结构液冷板、玻璃纤维(bōlíxiānwéi)气凝胶等阻热结构和材料，有效降低了储能系统火灾事故(huǒzāishìgù)发生的几率。 2023年7月投用以来，该平台已(yǐ)累计开展各类新型储能火灾试验(shìyàn)800余次，涵盖锂电池、钠电池、固态电池等多种材料。“平台所积累(jīlěi)的海量试验数据本身就是一个‘富矿’。在此基础上，我们编制了可供行业参考应用(yìngyòng)的电池储能安全性能等级评价认证实施规则(guīzé)。”火灾安全全国重点实验室副研究员梅文昕表示。 提前15分钟监测火灾(huǒzāi) 除了提高储能产品接入电网(diànwǎng)的“安全门槛”，对储能装置投运后(hòu)的安全监测同等重要。 火灾消防存在“黄金15分钟”。“任何储能装置的火灾爆炸都有一个演变过程。我们希望通过技术手段提前(tíqián)(tíqián)观察到设备故障、热失控、燃爆(ránbào)等事故发生前的征兆，做到提前预防、制止蔓延。”陈满介绍，这样不仅可留出(liúchū)15分钟的处置时间，还能把缺陷故障对电力系统的影响降到最低，甚至是(shì)消除缺陷。 为此，项目团队通过筛选、处理相关试验数据，提出“电热力(rèlì)声气光”六个维度(wéidù)的征兆获取方法，并建立包含108条征兆的征兆集，征兆覆盖了电池(diànchí)单体、电池模块、电池系统等多个方面。 掌握征兆特征只是前提，能获得征兆信息才是目的。“我们(wǒmen)精准采集了各个电站470多万个测点数据信息，并运用‘云端’近1800万个算法进行秒级大数据分析，建成(jiànchéng)了我国首个吉瓦时级新型储能(chǔnéng)安全监测平台。”南网储能公司储能科研院数据资产研究所所长(suǒzhǎng)张豪告诉记者，该平台能够(nénggòu)帮助运维人员(rényuán)“足不出户”地掌握储能设备的健康状态，准确率高达97.6%。 目前，该安全监测平台(píngtái)实时观察着先期接入(jiērù)平台的8座电化学储能站的运行状态。其数据传输、状态监测、故障诊断预警(yùjǐng)、事故还原等各项功能(gōngnéng)运行稳定。到2025年底，接入该平台的站点数预计将达到85座，总规模预计超过全国总量的2%。 首次应用无氟环保灭火(mièhuǒ)材料 对于储能系统，灭火装备宁可备而(ér)不用，不可用而不备(bùbèi)。项目团队利用天津消防研究所的行业技术优势，成功研发出世界首套基于液氮灭火抑爆(yìbào)的储能系统。 该(gāi)储能系统不仅实现了无氟环保(huánbǎo)灭火材料在新型(xīnxíng)储能领域的首次应用，还将扑灭电池初期火灾时间缩短至5秒内，效率达到原来2倍以上。 “我们研发了储能(chǔnéng)系统火灾应急处置技术(jìshù)，建立了‘液氮—二氧化碳—水喷淋’联合作用应急处置体系；突破了液氮承压、贮存和制冷等关键技术，研发出液氮灭火(mièhuǒ)抑爆样机。项目提出的液氮与水喷淋共线输送抗冰堵(dǔ)技术，实现了共线传输，提高了技术应用的经济性。”火灾安全全国重点实验室研究员王青松介绍(jièshào)，运用这种新的灭火抑爆技术，扑灭火灾后能(hòunéng)确保储能装置不复燃、不爆炸。 目前，该套基于液氮灭火抑爆装置(zhuāngzhì)已(yǐ)在华南、华东、西北多地试点示范应用(yìngyòng)，覆盖电源侧、电网侧、用户侧等新型储能在电力系统的各个节点。除了环保，新灭火技术规模化(guīmóhuà)应用的成本可较现有技术降低30%，具有明显的经济优势。 经过3年(nián)的技术攻关，“锂离子电池储能(chǔnéng)(chǔnéng)系统全寿命周期应用(yìngyòng)安全技术”项目形成了覆盖新型储能单体(dāntǐ)、系统、电站多个层级的成套安全防控技术成果，示范应用总规模超过1000兆瓦时，相当于新建了5座(zuò)高安全的大型储能电站。该项目不仅完成一系列关键技术创新，形成共性关键技术与装备、支撑平台和标杆工程，且培养(péiyǎng)了一批储能安全科技人才，实现了我国新型储能安全防控的风险可知、征兆可感、火情可控，为产业高质量发展保驾护航。