根据CNESA DataLink全球储能数据库的不完全统计,截至2024年6月底,新型储能累计装机首次超过百吉瓦时,达48.18GW/107.86GWh,功率规模同比增长129%,能量规模同比增长142%。
2024上半年,我国新型储能新增装机13.67GW/33.41GWh,同比增长71%,新型储能的发展规模达到新高度。
当下,产业界必须直面的,是全球范围内相关安全事故冒头。安全问题成为储能行业发展的“阿克琉斯之踵”。
“今年以来,我国发生多起储能电站火灾事故,国家层面以及应急管理部门高度重视,连续就美国储能电站、韩国电池工厂火灾事故做出指示批示。”应急管理部天津消防研究所副所长鲁志宝研究员在8月26日召开的第四届国际储能安全研讨会上表示。
随着储能技术与产业的发展,储能系统的复杂性不断增加;另一方面,随着大容量电芯、大容量系统不断迭代以及新的应用场景出现,新的安全风险为人知晓。
2011年至2022年间,全球范围内发生的储能安全事故已逾70起,其中韩国为高发地区之最,美国紧随其后。
电化学储能站的火灾事故危害大,会引发连锁式的爆炸和复燃,同时产生毒性气体。因此,做好全生命周期的系统安全保障在业界已经形成共识。而事实上,储能安全不是单一环节的支撑,而是一项系统性工程。
具体而言,电化学储能的安全囊括三道技术防线,分别为本体安全、过程安全和消防安全,三道防线相辅相成。
中国科学技术大学教授孙金华强调,针对储能电站安全,一是要提升电池本体安全,降低事故概率;二是要做好电池故障隐患的预测预警,保证过程安全,将火灾事故扼杀在萌芽状态;三是要有高效的消防安全技术,实现快速灭火抗复燃,保证小火不成灾。
随着储能电站规模来到百兆瓦级乃至吉瓦级,储能电芯容量从300+Ah迈向500+Ah,储能安全愈发被外界关注,相关安全政策也愈发趋严。
21世纪经济报道记者近期采访多家储能产业链制造商,了解到制造厂商在储能电芯的设计、制造工艺等方面围绕安全所做努力。
鹏辉能源认为,目前储能用大容量电芯热失控、爆炸等风险并不单纯来自正负极、隔膜、电解液等材料,而是由于电芯容量提高和内部空间不断压缩,导致卷芯与结构件设计不能充分匹配,进而影响了电芯安全性。因此,鹏辉能源针对储能电池进行了材料、结构、工艺等方面专门性的设计。
远景动力制造中心负责人、鄂尔多斯基地总经理张阳告诉21世纪经济报道记者,储能对于电芯一致性的要求很高,因此在生产过程中就要控制工艺的标准化。张阳介绍,涂布、卷绕、焊接是电芯生产体系中的关键工艺。其中,涂布工艺对电芯容量的表现有着决定性作用,涂布对电芯整体质量的贡献率超过70%。
宁德时代公司管理层曾表示:“关于储能电池,大家认为很简单,其实反而比动力电池的生产要求更高。1GWh的储能项目大概需要150万颗电芯,储能的一致性、安全性、能量衰减都很重要。这么难做的150万颗电芯,再加上其他零部件,就相当于大飞机的零部件数量水平。PPM(百万分之一)级别的单体电芯失效率会有很多故障,即使是PPB(十亿分之一)的水平也可能还不够。”其还强调,大规模储能安全很重要,尤其是在AI带来的巨大能源需求背景下。
在材料体系方面,目前,钠离子电池、半固态电池,乃至固态电池的研发和量产正紧锣密鼓开展中,相较锂离子电池,这些技术路线的电池具有理论上更高安全属性,有望实现储能系统的“本征安全”需要。
在过程安全方面,目前行业提出了评估电池健康状态、诊断故障隐患、检测热失控等途径和手段。目的是,做到提前检测和预防,及时将事故扼杀在萌芽状态中。
北京西清能源科技有限公司首席科学家梁惠施在接受21世纪经济报道记者采访时谈道:“储能电站是一个非常复杂的系统,电子元器件的数量庞大。在控制过程中,需要各个系统相互协调。有些时候,储能系统出现故障就是因为控制系统中某个细小的部件异常引发的连锁反应。”
此外,作为最后一道防线,消防安全关注如何高效灭火。这是因为,储能起火会形成多次射流火,有易复燃的特性。这些现象对灭火抗燃技术提出了更加精细化、专业化的要求,例如针对锂电池特性进行降温灭燃等具体场景的研发。
对于储能系统的消防方案,21世纪经济报道记者了解到,特斯拉储能的消防方案与国内多数厂商有所不同,其没有采用前置的主动消防方案而是采用被动消防的方案。
此外,在集采报价不断刷新下限的行业背景之下,如何保障储能系统的产品质量,也是一场“硬仗”。
“低价劣质的产品对整个市场任何一方来说都没有好处,解决方案只有改变‘游戏规则’。”如何破解囚徒困境,梁惠施建议,“监管部门应该制定更严格的要求,完善安全评价等标准。”