2023鋰電池儲能系統(tǒng)安全研究與應(yīng)用

鋰電池儲能系研究與應(yīng)用0201CONTENTS0201目錄

一、背景介紹二、電化學(xué)儲能三、鋰電池安全隱患分析040305四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)040305五、鋰電池安全對策一、背景介紹一、背景介紹經(jīng)濟層面經(jīng)濟層面 儲能價值技術(shù)層面 儲能價值儲能的價值 應(yīng)急備電 調(diào)峰調(diào)頻 削峰填谷 儲能的價值 應(yīng)急備電 調(diào)峰調(diào)頻 削峰填谷 永不掉電 穩(wěn)定電網(wǎng) 效率最優(yōu) 一、背景介紹一、背景介紹 減少棄電 保持均衡 減少棄電 保持均衡 峰谷差價 儲能的發(fā)展儲能的發(fā)展投入產(chǎn)出 收益來源發(fā)展領(lǐng)域投入產(chǎn)出 收益來源發(fā)展領(lǐng)域 應(yīng)用場景 發(fā)電側(cè) 電網(wǎng)側(cè) 用戶側(cè) 展望未來展望未來回顧歷史二、電化學(xué)儲能二、電化學(xué)儲能 電化學(xué)儲能存在的必要性

光伏風(fēng)電項目配電化學(xué)儲能是政策規(guī)定 新能源穩(wěn)定與消納需要電化學(xué)儲能新能源穩(wěn)定與消納需要電化學(xué)儲能風(fēng)電受風(fēng)速影響極大 光伏受云霧影響極大 鋰電池是電化學(xué)儲能主力軍鋰電池是電化學(xué)儲能主力軍鋰電池是目前技術(shù)最成熟和產(chǎn)業(yè)鏈最完整的電化學(xué)儲能產(chǎn)品鋰電池是目前技術(shù)最成熟和產(chǎn)業(yè)鏈最完整的電化學(xué)儲能產(chǎn)品儲能電池

有諸多優(yōu)點 充放電次數(shù)多 充放電無縫轉(zhuǎn)換 充放電次數(shù)多 充放電無縫轉(zhuǎn)換能量密度適中 產(chǎn)銷量巨大 產(chǎn)業(yè)鏈全面 適應(yīng)面廣泛 二、電化學(xué)儲能二、電化學(xué)儲能鋰電池儲能的發(fā)展前景鋰電池儲能的發(fā)展前景三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相愛相殺鐵鋰不徹底解決安全隱患也難發(fā)展壯大三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相愛相殺鐵鋰不徹底解決安全隱患也難發(fā)展壯大

鐵鋰采用液體電解質(zhì)，電極隔膜電解質(zhì)易燃國外儲能起火案例：美國韓國澳大利亞國內(nèi)儲能起火案例：北京南三環(huán)江蘇鎮(zhèn)江國家能源局國家能源局2022年發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求(2022年版)(征求意見稿)》提出：中大型電化學(xué)儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池鋰電池應(yīng)用的廣泛性鋰電池應(yīng)用的廣泛性發(fā)電側(cè)大量標配鋰電池儲能站 發(fā)電側(cè)大量標配鋰電池儲能站 發(fā)展新能源的剛需 配置標準：按風(fēng)電光伏峰瓦容量15%、放電2h-4h配儲能配置規(guī)模：十四五新能源12億KW，意味著儲能需要180GW、3.6億KWh電網(wǎng)側(cè)曾經(jīng)規(guī)劃標配鋰電池儲能站 電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的剛需 2018年電網(wǎng)側(cè)投了近500建電化學(xué)儲能新高潮，后被上級緊急叫停電網(wǎng)側(cè)因為抽水蓄學(xué)儲能做調(diào)峰調(diào)頻用戶側(cè)大建分布式鋰電儲能 有強大政策利益驅(qū)動力 2021年分時電于可收支平衡光儲一體三、鋰電池安全隱患分析三、鋰電池安全隱患分析鋰電池起火機理研究分析鋰電池起火機理研究分析進入輕度熱失控自發(fā)熱階段進入電解液正極隔膜材料化學(xué)分解階段起火或爆燃進入嚴重破壞性后果產(chǎn)生可燃氣體溫度上升電芯內(nèi)部短路/電芯發(fā)熱過充穿刺電芯內(nèi)部缺陷各種鋰電池絕熱熱失控（ARC）測試結(jié)果電池類型T1（℃）T2（℃）磷酸鐵鋰130260三元（532）115各種鋰電池絕熱熱失控（ARC）測試結(jié)果電池類型T1（℃）T2（℃）磷酸鐵鋰130260三元（532）115231三元（811）105209只有避免進入嚴重高溫熱失控，電芯才能確保足夠安全遵從消防燃燒學(xué)基本原理燃物在材料學(xué)方面基本不可行遵從消防燃燒學(xué)基本原理加強電芯散熱控制似乎可行消除助燃物：完全可行，方法多種多樣燃燒三要素

理論上，燃燒三要素只要消除一個要素，就不會起火燃燒或繼續(xù)燃燒實踐中，正常使用的鋰電池基本都滿足燃燒三要素條件，都可能發(fā)生冒煙起火事件空氣中的氧氣 電芯短路發(fā)熱電芯產(chǎn)生可燃氣體

暴露在空氣中電芯穿刺測試10 鋰電池多種滅火方案論證 液體控溫隔氧防火方案1、耐高溫絕緣液體方案2、普通自來水方案氣體降溫阻氧滅火方案1、七氟丙烷氣體方案2、全氟己酮氣體方案液體控溫隔氧防火方案1、耐高溫絕緣液體方案2、普通自來水方案氣體降溫阻氧滅火方案1、七氟丙烷氣體方案2、全氟己酮氣體方案液體容量多少才夠？如何觸發(fā)告警？如何實現(xiàn)動作？如何保障可靠性氣體總量多少才夠？模塊內(nèi)能容納多少氣體？需要多高溫火焰才能燒破氣體軟管？氣體能否解決電芯復(fù)燃難題？四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)誤區(qū)誤區(qū)1：要求鐵鋰電芯很安全、不起火鐵鋰電芯內(nèi)燃燒三要素同樣存在，電荷、電極、隔膜、電解液等都是三要素內(nèi)容，從物理化學(xué)原理看不存在沒有起火隱患的鐵鋰電芯，只是冒煙起火的概率大小而已電芯不安全不代表不能用，鐵鋰電芯總比汽油安全，但通信局站各行各業(yè)都在使用汽油，關(guān)鍵是使用過程外部有足夠安全的額外防護措施和正確的使用方法鐵鋰電芯內(nèi)燃燒三要素同樣存在，電荷、電極、隔膜、電解液等都是三要素內(nèi)容，從物理化學(xué)原理看不存在沒有起火隱患的鐵鋰電芯，只是冒煙起火的概率大小而已電芯不安全不代表不能用，鐵鋰電芯總比汽油安全，但通信局站各行各業(yè)都在使用汽油，關(guān)鍵是使用過程外部有足夠安全的額外防護措施和正確的使用方法充放電過程即是極板發(fā)生變化過程，再好的極板使用不當，也是會發(fā)生不可逆變化

就目前技術(shù)而已，使用鋰電芯過程的安全性不該依賴電芯自己的安全性，就像使用汽油過程的安全性不依賴汽油的安全性一樣

難道有人會希望現(xiàn)在找到一種不起火的汽油嗎？ 誤區(qū)誤區(qū)2：電芯測試不起火代表整組使用不起火現(xiàn)在經(jīng)常拿單個電芯進行穿刺測試，結(jié)果顯示電芯只冒煙、不起火，但測試過程電芯發(fā)熱可以快速向周圍空氣擴散，而實際Pack中電芯密集堆疊，電芯熱量是不容易散出去的，溫度不同意味著起火概率不同現(xiàn)在經(jīng)常拿單個電芯進行穿刺測試，結(jié)果顯示電芯只冒煙、不起火，但測試過程電芯發(fā)熱可以快速向周圍空氣擴散，而實際Pack中電芯密集堆疊，電芯熱量是不容易散出去的，溫度不同意味著起火概率不同芯內(nèi)外都將處于高溫狀態(tài)，可能滿足起火條件 真正安全的鋰電池模塊應(yīng)該是在整組電芯正常工作時，Pack最內(nèi)部的電芯熱失控或穿刺發(fā)熱也不起火四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū) 區(qū)3：大極板少層數(shù)容易通過穿刺測試 ，因此長枝晶多少只與容量大小強關(guān)聯(lián)。實際使用過程，因為電池質(zhì)量問題或使用不當，要長枝晶必然是全部電極板都長，因此某些電芯即使通過了穿刺測試，實際環(huán)境中也可能由枝晶造成的熱失控過大還是控制不住，仍然會冒煙起火的。

測試過程：大極板少層數(shù)電芯短路點少，總發(fā)熱功率也少，但放電時間要更長

測試過程：小極板多層數(shù)電芯短路點多，總發(fā)熱功率多，但放電時間很短電芯真正安全性應(yīng)該以內(nèi)部大部分極板面積、嚴重的熱失控發(fā)熱帶來的危險性為對象開展評估，標準的穿刺測試是一個基本對標測試，與某些真實情況不一定完全吻合四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)四、鋰電池安全方面幾個誤區(qū)誤區(qū)誤區(qū)4：重視滅火甚于防火我們一向倡導(dǎo)以防為主，但很多時候?qū)嶋H上只重視滅火，對預(yù)防起火重視不足。造成先起火再滅火的事件發(fā)生路徑，表面上看起來滅火方法很到位、滅火力度也很猛，但這樣的方案實際上不大符合電信級機房安全要求的。我們一向倡導(dǎo)以防為主，但很多時候?qū)嶋H上只重視滅火，對預(yù)防起火重視不足。造成先起火再滅火的事件發(fā)生路徑，表面上看起來滅火方法很到位、滅火力度也很猛，但這樣的方案實際上不大符合電信級機房安全要求的。電信級消防安全要求，是抓早抓小、不見火焰。見火滅火的方案不利于機房安全。誤區(qū)誤區(qū)5：能滅火的就是一定有效的一些單位做鋰電產(chǎn)品滅火測試時雖然想辦法讓電芯燒起來了，滅火措施也達到了滅火目標，但這個是外部阻燃火焰，不是內(nèi)部短路發(fā)熱造成的。外部引起的火焰滅了可能不復(fù)燃，而電芯內(nèi)部短路發(fā)熱引起的火焰，即使滅火了，如果內(nèi)部短路狀態(tài)沒有消除，繼續(xù)存在，理論上還是會復(fù)燃的，只是復(fù)燃的概率大小而已一些單位做鋰電產(chǎn)品滅火測試時雖然想辦法讓電芯燒起來了，滅火措施也達到了滅火目標，但這個是外部阻燃火焰，不是內(nèi)部短路發(fā)熱造成的。外部引起的火焰滅了可能不復(fù)燃，而電芯內(nèi)部短路發(fā)熱引起的火焰，即使滅火了，如果內(nèi)部短路狀態(tài)沒有消除，繼續(xù)存在，理論上還是會復(fù)燃的，只是復(fù)燃的概率大小而已鋰電池模塊是密閉空間內(nèi)的含能自發(fā)熱設(shè)備，不能將用在普通電氣設(shè)備行之有效的消防方案搬到鋰電池產(chǎn)品五、鋰電池安全對策五、鋰電池安全對策 引入甚早期管理理念 甚早期Early）是消防安全基礎(chǔ)上增加甚早期煙感報警系統(tǒng)（典型產(chǎn)品為VESDA）建筑消防告警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)都是以判斷有火焰再滅火，滅火難度遠比滅早期火苗大，比消除起火隱患難度更大

VESDA細微火災(zāi)隱患，局方有時間及時處理，不至于發(fā)展到火焰階段。成功案例數(shù)不勝數(shù)鋰電池采用甚早期理念形成完