电池储能：安全问题解决了吗？

当前，大型能源项目开发商、采购电力的公用事业都高度关注大规模的可再生能源项目（如风能和太阳能）。这些项目有利于多元化发展，在合适的情况下，这些项目比化石燃料发电更加经济。事实上，即使采用相对昂贵的电池储能作为备用，它们的成本仍然可控，胜过其他选项。最典型的例子是NextEra最近承诺为西部农民电力合作社（WFEC）建立一个700MW的风能/太阳能/电池储能项目[1]。表面上，开发商精心策划项目，老练的电力买家承诺从这个以储能为卖点的项目中购买平稳输出，但这是否意味着与大规模电池储能相关的技术风险已得到解决？

本文来源：输配电世界 微信公众号 ID：td-world

19世纪初人类发明了电池，因此我们已经用了200多年的时间来研究和完善电池的基本属性，例如循环寿命、效率、生命周期成本、能量密度以及涉及健康和安全问题——火灾风险和排放的有害气体。当今电网储能应用的许多电池技术多数也是成熟技术，很多已经使用了大约20年，只是作为大规模电网储能应用的时间较短。大容量储能领域中最突出的电池类别包括固态电池和液流电池。锂离子（Li-ion）和钠硫（NaS）是典型的固态电池，现在用于大规模的电网应用。氧化还原液流电池（RFB）是最常见的液流电池形态，据储能协会的说法，液流电池适用于额定功率从几十千瓦到几十兆瓦不等且存储时间为2到10小时的应用场景。

现在我们每天都能获得有关电力交易市场的新闻报道，住宅、商业和工业设施中的储能系统应用正在快速增长。某些领域的增长实际上比相关官方标准的制定还要快，这些标准包括负责确保安全的设计指南，特别针对在涉及住宅和公共场所（例如商业场所）的储能应用。我们都听说过配备电池的平衡车以及便携式计算机、手机和电动汽车（EV）发生火灾甚至爆炸。因此，当我们开始在家庭和企业中批量接入电池系统，并计划在家庭和公共场所连接电动汽车并为其例行充电时，首先我们要确保火灾不是最普遍的威胁。

值得庆幸的是，这些问题得到了美国国家消防协会（NFPA）的充分关注。某些NFPA标准与储能相关，包括NFPA 110，应急和备用电源系统标准[2]以及NFPA 111，电储能应急和备用电源系统[3]。此外，NFPA正在开发NFPA 855（储能系统安装标准）[4]。该组织还提供有关如何处理光伏（PV）和储能消防的基础培训，并参与相关领域的研究[5]。

在某些行业的储能部署中，世界上的其他地区可能领先于美国。即使在正在快速部署的国家，也有迹象表明所有已知缺陷并未得到解决。据报告，2018年韩国有23个电池储能装置发生了火灾。虽然没有提供正式报告，但从公用事业和工业系统事故调查中获得的可用信息表明，许多事故的安装和电池管理系统不当。政府要求将储能退出运行，直到调查结束为止。（中国国家电网公司似乎也暂停或暂缓了电网侧大规模储能项目。）

美国有记录的大规模电网储能事故要少于韩国，但并非没有。在美国的储能设施中，至少发生了三起与电池有关的大火。2012年，一场大火烧毁了夏威夷卡胡库风电场的15MW电池储能设施。该设施在大火发生前，分别于2011年和2012年发生了几次小事故。火灾归因于电池充电系统中的电容器和逆变器故障。

亚利桑那州公共服务（APS）于2019年4月在2MW的锂离子存储系统上发生了火灾和爆炸。变电站中安装的由Fluence公司提供的电池系统用来帮助平衡本地电网中太阳能发电的变化。事故原因仍在调查中。APS还经历了2012年的一次电池大火，最早Electrovaya为Flagstaff的变电站提供的1.5MW系统。尽管发生了这些不幸事故，APS仍致力于执行今年早些时候，2月份火灾发生前，宣布的计划——在未来几年中部署850MW电池储能。


2017年5月拍摄的这张照片由亚利桑那州公共服务部门提供，显示了亚利桑那州公共服务部门在亚利桑那州Buckeye附近建设的Festival Ranch 2MW储能系统。2019年4月，一组相同的电池组着火爆炸，大火导致八名消防员和一名警察受伤送医。因此，公用事业为大型电池储能的指数增长需要做更充分的准备以应对可能出现的挑战和风险。图片来源：亚利桑那州公共服务，美联社

在韩国出现的问题集中在锂离子技术之后，NFPA一直将重点放在电池行业，甚至引起了电池行业的关注，因为主要是由于价格下降，锂离子技术已成为广泛应用的首选技术。报告显示，过去五年来，锂离子电池成本下降了70％以上[6]，并且有望继续下降。原因包括制造商的快速增长和更具成本效益的新型电池化学。这两个事实都是乐观的原因，也是随着越来越多的公用事业和其他用户采用电池储能技术而获得持续高度关注的原因。

电力行业电池储能项目披露的迅速增加表明公用事业、项目开发商和投资者已经对项目风险有所了解。这种信任可能是由于：像DNV-GL这样的公司对新应用和化学物质的认证；使用通过质保涵盖有缺陷产品的商业策略；要求总包商（EPC）打包储能项目的建设和运营；更复杂的储能系统监视、控制和维护设计。无论使用何种风险缓解措施，当下随着我们对迅速发展的电池储能技术和经验上的积累，电力行业还需要时刻保持警惕。其他关于电池储能安全的公众教育和宣传也是有价值的。

参考文献：

[1] https://www.greentechmedia.com/articles/read/nextera-inks-even-bigger-windsolarstorage-deal-with-oklahoma-cooperative#gs.3xwyl7

[2] https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=110

[3] https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=111

[4] https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=855

[5] https://www.nfpa.org/News-and-Research/Resources/Emergency-Responders/High-risk-hazards/Energy-Storage-Systems

[6] https://www.bloomberg.com/press-releases/2019-08-06/navigant-research-report-shows-lithium-ion-battery-prices-are-expected-to-fall-at-an-average-annual-rate-of-6-5-for-the-next

Battery Energy Storage: Are All the Bugs Out?

The power industry needs to remain vigilant as we gain experience with the rapidly evolving ESS technologies now on the scene.

https://www.tdworld.com/energy-storage/battery-energy-storage-are-all-bugs-out

David Shadle | Sep 18, 2019