2023中国新型储能行业发展白皮书第5期： 储能安全和技术标准
来源：岭南论坛 时间：2023-09-14
随着储能系统的快速发展，新型储能系统尤其是电化学储能的安全性受到极大关注，根据公开资料显示，近5年来国内外共发生60多起储能安全事故，仅2022年上半年就发生了17起由储能系统引起的火灾事故。
2022年上半年全球储能安全失控原因（图来源：EESA储能领跑者联盟《2023中国新型储能行业发展白皮书》）
从发生的事故来看,引发储能电站安全事故的直接原因可以总体分为：电池本体因素、外部激源因素、运行环境因素、管理系统因素四类。
●电池本体因素是指电池制造瑕疵以及本身老化,进而影响储能系统安全；
●外部激源因素是指电池的电滥用(过充/放、外部短路)、机械滥用(挤压、针刺)、热滥用(过热)而导致的电池热失控；
●运行环境因素是指储能的热管理系统以及其他管理系统的运行监测，预防电池起火；
●管理系统因素是指运行维护以及电池管理系统存在的软件缺陷。
在发生的60多起储能事故中除去企业管理不当、运输环节疏漏等原因，由储能电池引发的火灾事故共达到55起，由锂离子电池引发的事故占比达80%，其中三元电池共25起，铅酸电池、钠硫电池最少，各1起。
储能电池引发的安全事故（图来源：EESA储能领跑者联盟《2023中国新型储能行业发展白皮书》）
从电池特性来看，目前主要的储能电站电池采用的是锂离子电池和铅酸电池。铅酸电池能量密度低、稳定性高、寿命低，磷酸铁锂电池能量密度较高、热稳定较好、使用寿命也是铅酸电池的5倍左右，三元锂电池能量密度最高、但热稳定性差、引发安全事故最多。
解决电池储能系统的安全问题，需要在电池热失控的每个过程中牢牢把关，除去电池老化、瑕疵等内部原因外，电池热失控的过程包括：
单体电池的机械滥用及电滥用导致电池自产热→产热导致电池过热（热滥用） →单体电池发生热失控→可燃气体和烟雾的释放→电池开始起火并引起连锁反应→储能电站起火甚至可能爆炸
2022年6月29日，国家能源局综合司发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(22年版)(征求意见稿)》就明确提出“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池”。综合而言，磷酸铁锂电池由于其相对稳定的性能，仍然是储能电池较优解。同时，全方位、多层次的系统级检测必不可少，BMS的抗干扰性,检测的准确性、及时性都是有待提升。
为了避免储能过快发展导致的安全问题，加快完善储能系统相关技术标准，维护储能行业健康良性发展成为保障储能安全领域的首要问题。
大型储能系统主要应用于大型风光等发电侧，或者电源侧用于参与电网电能质量调节、保障电网安全的应用，其中,大型储能系统具有参与电网调度、功率大、容量大、建设集中的特点，也常用于较大规模的工商业应用场景。但工商业现在流行All in One的标准模块化，大型储能系统却有集中式、分布式、智能组串式、高压级联、集散式五种电气结构设计模式。
大型集装箱式储能系统结构图（图来源：EESA储能领跑者联盟《2023中国新型储能行业发展白皮书》）
1、电气安全
电化学储能系统的电气结构部分应符合IEC61140和IEC60364系列中涉及低压电气设备的技术要求。
针对储能系统的电气危害的预防措施的需要考虑以下几点：
●防触电检测和保护
●接地故障检测和保护
●过/欠压检测和保护
●过/欠电流检测和保护
●温度过高/过低检测和保护
●防雷保护
●电气拉弧风险评估及保护
2、电芯和电池系统安全
传统电化学储能系统大多使用铅酸电池，铅酸电池的电化学安全性相对较高，其技术考核标准主要针对性能和可靠性。和铅酸电池相比，锂离子电池在能量密度和循环寿命方面具有显著的优势，但锂离子电池的电化学特性不够稳定，存在更高的安全风险，需要通过控制单体电池(电芯)和电池系统的设计、生产制造和品质控制来保证锂离子电池在储能系统中的安全。
IEC 62619是固定式和移动式储能电池的安全标准，包括对单体电池(电芯)和电池系统的安全性的考核。
锂离子电池的安全取决于对其电化学安全窗口的保证，BMS是实现锂离子电池过充、过流和过温等滥用条件最便捷的保护方式。因此，包含BMS的电池系统功能安全评估成为保障锂离子电池不可或缺的重要一环。
目前，对家庭储能, lEC60730-1是比较成熟的电子保护装置功能安全要求，对工业储能，IEC 61508是对其功能安全评估最完善的标准。
储能电池相关国际标准（图来源：EESA储能领跑者联盟《2023中国新型储能行业发展白皮书》）
当前,我国储能产业发展迅速,但是相关的技术以及标准体系尚不完善,这也是制约储能发展的关键因素之一，下一期，我们将介绍我国新型储能行业并购情况。
（本文内容为笔者对EESA储能领跑者联盟《2023中国新型储能行业发展白皮书》报告的部分摘录以及笔者阅读过程中的个人观点，欢迎大家批评指正。）