2018年7月2日,韩国岩灵风力发电厂突然发出一声巨响,紧接着火光冲天,伴随着浓浓的黑烟,706㎡规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁,经济损失46亿韩元。

2019年4月19日,美国亚利桑那州APS公司发生2.16兆瓦的锂电池储能系统热失控,漫天的大火导致8名消防人员受伤。

2021年4月16日,我国北京市丰台区的福威斯油气公司光储充一体化项目发生火灾爆炸,事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤,火灾直接财产损失1660.81万元。

2021年7月30日,澳大利亚维多利亚州的特斯拉Megapack储能系统发生事故,13吨的锂电子电池突发大火,连续烧了四天,动用了150多名消防员才得以控制。

打开网易新闻 查看更多图片

2022年10月20日,位于我国海南省的莺歌海盐场100MW平价光伏项目储能电站中1个电池舱储能电池发生熊熊起火,而这一项目的建造成本就高达6522.88万元。

上述所列举的案例,仅仅是最近五年来代表性的储能电站事故。据不完全统计,全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在每年发生 30 起左右,近几年仅韩国就发生了34起,造成了重大的财产损失,以及巨大的人员安全隐患。

储能电站到底是什么,安全隐患那么严重,为何全球还会掀起兴建储能电站的浪潮?

全球储能电站面临安全困境

众所周知,自第二次工业革命以来,碳化物俨然已成为全球的主要能源来源,然而大量的二氧化碳排放,致使温室效应的加剧,导致全球各种极端天气频发。

为此全球各国基本达成了共识,要逐步实现“碳达峰”和“碳中和”,让地球走出化石能源的困局,推动光伏、风能、潮汐能等绿色能源的普及。

然而,这类能源存在不稳定性的特点,难以与不同时段的用电供需达成平衡,于是储能电站就应运而生了,储能电站通过储存和输送电力,可有效实现需求侧管理,消除峰谷差,平滑负荷,已成为当前全球光伏和风能发电的标配。

根据数据显示,截至 2020 年底,全球新增投运电化学储能项目的装机规模为 4.7 GW,累计装机规模已达到14.2 GW。因此可以说,储能电站是实现碳中和极为关键的一步。

那么,对于14亿人的全球第一用电大国,我国该如何解决储能电站的安全隐患,我们相关配套企业解决技术如何呢?

我国是全球最大的工业国,对于减少碳排放有着义不容辞的责任。我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,并且我国光伏和风能产业已经建立了引领全球的地位,同时我国也是全球光伏和风能装机量最大的国家。

打开网易新闻 查看更多图片

2021年我国光伏新增装机量5300万千瓦,风电新增4757万千瓦,风电和光伏累计装机容量双双突破了3亿千瓦,连续9年稳居全球首位。

同理,我国的储能电站装机规模同样也在高速发展。目前我国储能电站的装机规模为35.6GW,其中抽水蓄能累计装机占比为89.3%,电化学储能的累计装机规模是3.28GW。

其中电化学储能呈现出爆发式增长,中国电化学储能市场累计装机功率规模为3269.2MW,同比增长91.2%,新增电化学储能累计装机功率规模达到1.56GW。

电化学储能技术路线众多,其中就包括了锂电池、钠基电池、液流电池、铅蓄电池等,其中技术路线成熟、能量密度高、成本低廉的主要是锂电池,因此不管是我国还是全球,近年来锂电池占新增电化学储能装机总规模的80%以上。

同样,我国在建设和运营锂电池储能电站方面也面临着不小的安全挑战。

2021年4月北京储能电站发生火灾爆炸,造成人员死伤和重大经济损失;2021年5月扬州高邮某企业生产的箱式储能电站在试运行期间发生火灾;今年1月份京港澳高速一辆载满储能电池的火车突然起火;今年3月份台湾省台中市龙井储能电站意外失火;10月份,启东市的一个储能电箱发生火灾,过火面积120平方米。

国内外各地频发的锂电储能设备失火案例表明,锂电储能电站的经济适用性问题已不是瓶颈,安全运维成为了制约其大规模应用的主要问题

中国方案化被动为主动

而锂电储能电站之所以火灾事故层出不穷,根源就在于锂电池的易燃易爆特性。

锂电池主要由正负极材料、电解液、隔膜、集流体和外壳组成,一旦电池内部出现放热连锁反应引起电池温升速率急剧变化,就会引起隔膜融化收缩,造成正负极之间相互接触短路,继而引发放热反应,电池处于阴燃状态,直到外层铝箔被融化,接触到氧气,就会引起剧烈的燃烧或爆炸。

由于储能电站是由大量的锂电池组成,一旦失火就意味着巨大的经济损失,即便扑灭也属于亡羊补牢,况且扑灭难度也相当高。

不同于一般塑料制品的燃烧,锂电池火灾涉及了固体、液体、气体、金属和带电五类火灾的特性。锂电池的燃烧在SEI 膜、电解液和正极发生分解之后,生成的 O2,锂遇水发生剧烈反应后产生 Li2O 和 H2,均使燃烧更加剧烈,还会释放出五氟化磷、氟化氢、甲烷等大量对人体有害的毒气。

常规的物理隔绝氧气或者阻断燃烧链的方法,并不适合扑灭锂电池火灾,因为电池内部还是阴燃状态,难以降温,电池随时可能爆炸复燃。目前来看,仍然没有出现针对锂电池火灾的完美灭火材料。

综合国内外锂电储能电站的火灾案例,我国分析总结了5个可能引发爆炸的诱因,分别是电池、电气、标准不统一、人为操作不规范和外部环境,这5个诱因构成了全球锂电储能项目火灾的主要危险源。

针对锂电池储能系统的特殊机理,我国多个专家学者认为,处理储能电站火灾,相较于灭火剂等被动应对思路,主动风险源辨识、主动故障预防与主动事故处理显得更为重要。

打开网易新闻 查看更多图片

通过变被动为主动,对锂电储能项目进行按需检修、故障在线实时监测、事故联动预防与管控,实现储能电站主动安全,也是我国储能电站运维服务商的主要思路。

而我国最大的仪器仪表企业优利德科技(中国)股份有限公司则是这一思路的践行者。UNI-T优利德深耕仪器仪表33年,产品型号多达千余个,下游应用面极其广阔,公司一半收入来自出口,出口市场包括多个欧美发达国家。

尤其是在电子电力等仪器方面,UNI-T优利德具有较高的市场竞争力,占据了超过1/3的市场,连续多年高居榜首。与此同时,优利德也是全国仪器仪表品牌之中唯一一个全方位布局新能源产业的企业。

优利德方案提供完整预警机制

一个储能电站包括储能电池、储能变流器和储能并网柜,优利德针对这三种设备提供了多达9套专业测试仪器,可针对储能电站的看似正常实则不安全运行状态,进行快速、可靠地全方位辨识风险源和安全诱因,将风险消灭于萌芽状态。

首先,锂电储能电池是储能电站的核心部件,也是主要的风险源,80%的事故发生自锂电储能电池,因此对储能电池柜的检测维护尤为重要。

一般来说,储能电池柜的故障是磷酸铁锂电池巡航力变短、不能充放电,电池线缆发热温度异常,而故障的原因则是电池老化、失效导致内阻增大,或者连接线松动,电线缆发热产生故障异常,小则导致电池储能转换效率下降,大则会引起起火爆炸。

对此,优利德提供了2款检测仪器,一个是UT3550电池内阻测试仪,用于电池内阻、电压检测;另一款是UTi384H红外热成像仪,可以用于电池与连接线温度筛查。

UT3550电池内阻测试仪具备高度的准确性和稳定性,可全自动实时检测,直接对蓄电池进行在线测量,电压内阻读数同屏显示,帮助运维巡检人员快速判断蓄电池质量,及时对不合格电池维修更换,还支持二次开发,运用于远程控制和数据采集需求。

UT3550电池内阻测试仪

UTi384H红外热成像仪具备可调焦、高温自动追踪功能,可帮助巡检人员迅速发现隐患点,并对高温异常点进行评估分析,再加上手机APP快速生成报告,实现每次维修都有据可依。

打开网易新闻 查看更多图片
UTi384H红外热成像仪

储能变流器是电池系统和电网的转换装置,重要性不言而喻。储能变流器的故障,一般为电压/电流异常、线路漏电;发热产生故障异常;电能质量不符合要求等。

导致这些故障的主要原因主要是电气的腐蚀、老化、接触不良等问题,产生故障后降低电能转换效率,甚至会烧毁储能变流器,还会因功率因数偏低,而被供电部门行政罚款。

因此,针对储能变流器的日常监测,优利德给出4项常规检测项目建议,以UT253A漏电电流检测仪检测交流漏电电流,以UTi384H红外热成像追踪温度变化;以UT285C电能质量分析仪对电能质量分析测量;以 UT278B地桩式钳形接地电阻检测储能变流器是否接地正常。

UT253A漏电电流检测仪简单易用,具有数据储存功能,一个钳口只需把数个输出线钳住,就能快速判断漏电电流,而且精密度至0.01mA,通过PC软件导出报告可分析参考。

UT253A漏电电流测试仪

UT285C电能质量分析仪可提供电力运行中的谐波分析及功率因分析,实时观察和记录电压和电流波形或时间趋势值。测量内容包括50次谐波测量、功率因数测量和三相不平衡测量,进而对高频干扰、用电效率和设备过热和效率降低快速进行判断。

UT285C电能质量分析仪

储能并网柜作用是连接储能系统和电网系统,具有并网保护装置,但也存在线路老化导致绝缘阻抗低、线路漏电、设备接地不良、过流过压导元器件发热等故障。虽然储能并网柜与储能变流器的故障基本是电气问题,但检测项目和仪器并不完全一样。

UT513A绝缘电阻测试仪

优利德推荐以UT513A绝缘电阻测试仪检测线缆绝缘电阻,轻松检测电气的绝缘性,以UT278B地桩式钳形接地电阻完成对接地电阻的一钳测量及地桩式测量;同样以UTi384H红外热成像仪筛查温度。

UT278B地桩式接地电阻测试仪

以UT208B多功能钳形电流表对交/直流1000V电压测量,捕捉用电设备启动瞬间浪涌电流,且选配(UT-CS09D)电流探头后,能够轻松应对排线密集空间狭小场景及大电流测量。

UT208B钳形电流测试仪

另外,在高压输电线路层面,优利德也给出检查方案,以UT575B多功能接地电阻测试仪做接地检测,在不解扣情况测量其中一个接地体的接地电阻,方便快捷,而且抗干扰能力强。检测输电线路问题的第二种仪器是UT568A声学成像仪,通过声学成像全局扫描,排查线路中绝缘子绝缘不良产品放电。

考虑到储能电站的规模和运营能力不同,优利德提供了2套设备方案清单。针对有运维能力的中大型储能电站和第三方储能电站运维企业,可采用高端方案,方案中包括绝缘电阻测试仪、钳形接地电阻测试仪和多功能接地电阻测试仪等10个仪器。对于中小储能电系统,优利德则给了包含8个必备检测仪器的方案清单。

优利德提供的储能电站检测仪器方案,从实时辨识监控管理系统自身的风险与故障、数据采集分析和预测2个层面提升了系统主动安全性,为储能电站的安全运维提供了多道屏障。

随着国内对储能电站建设投入的增加,多个省市相继出台政策,对储能电站的日常巡检提出了更高的要求,倒逼储能电站监控系统对软硬件加速升级,而优利德在高端精密仪器仪表领域的优势,正在引领着中国储能电站运维业务走向安全、高效和规范化的进程。