新型储能系统“穿”上“金钟罩”

团队(tuánduì)成员正在开展储能电池热失控试验。 项目成果在南方电网宝塘储能站工程示范应用(yìngyòng)。李冕祺摄 新型储能作为我国快速发展的新兴产业之一，正在能源(néngyuán)绿色低碳转型(zhuǎnxíng)中发挥着(zhe)重要支撑作用。保障储能系统的安全运行成为产业高质量发展的重中之重。 近日，“锂离子电池储能系统(xìtǒng)全寿命周期应用安全技术”项目(xiàngmù)顺利通过综合绩效评价。“面对新型电力系统对储能的(de)规模化安全应用需求(xūqiú)，项目构建了包括储能系统设计、性能评价、监测预警、火灾防控的全周期安全防控技术体系。这相当于给接入电力系统的新型储能‘穿’了一层‘金钟罩’。”项目执行负责人、南方电网储能股份有限公司（以下简称(jiǎnchēng)“南网(nánwǎng)储能公司”）储能科研院副院长陈满说。 该项目由南网储能公司牵头(qiāntóu)，中国科学技术大学、北京理工大学、天津消防研究所等单位(dānwèi)联合完成。 为储能新(xīn)技术应用把好“安全关” “锂离子电池储能系统全(quán)寿命周期(zhōuqī)应用(yìngyòng)安全技术”项目(xiàngmù)聚焦于攻克锂离子电池储能系统致灾机理不清、故障难以诊断、事故难以预警、灭火困难且易复燃等火灾防控难题，推动锂离子电池储能规模化安全应用。 5月下旬，在安徽省六安市的中国科学技术(kēxuéjìshù)大学火灾安全全国重点实验室里(lǐ)，一场230安时钠离子储能电池(diànchí)热失控试验正在共享平台上紧锣密鼓地开展(kāizhǎn)。该平台是我国首个兆瓦级全尺寸电池系统火灾模拟试验共享平台。 作为该项目的(de)主要成果之一，全尺寸电池系统火灾模拟(mónǐ)试验共享平台由近500立方米的主燃烧腔室、集装箱燃烧腔室、大型量热系统等(děng)综合构成，可为储能新技术的规模化应用进行(jìnxíng)试验检测，把好用于电力系统前的“安全关”。 “平台具备不同层级电池储能(chǔnéng)系统(xìtǒng)火灾(huǒzāi)抑制功能，覆盖了我国新型储能的(de)(de)全部灭火试验需求。同时，平台可以开展过充、加热、短路等至少3种故障条件下的热失控火灾试验。”火灾安全全国重点实验室副研究员金凯强介绍。基于该平台的试验分析成果，我国储能系统的本体(běntǐ)安全设计得以优化，尤其是在储能装置中创新应用的扰流柱结构(jiégòu)液冷板、玻璃纤维气凝胶等阻热结构和材料，有效降低了储能系统火灾事故发生的几率。 2023年7月投用以来，该平台已累计开展各类新型储能火灾试验800余次，涵盖锂电池(diànchí)、钠电池、固态电池等多种材料。“平台所积累的海量(hǎiliàng)试验数据本身就是一个‘富矿’。在此基础上，我们编制了可供行业参考应用(yìngyòng)的电池储能安全性能等级评价(píngjià)认证实施规则(guīzé)。”火灾安全全国重点实验室副研究员梅文昕表示。 提前15分钟(fēnzhōng)监测火灾 除了(chúle)提高储能产品接入电网的“安全门槛(ménkǎn)”，对储能装置投运后的安全监测同等重要。 火灾消防存在“黄金15分钟”。“任何储能装置的火灾爆炸都有(yǒu)一个演变过程。我们希望通过技术手段提前(tíqián)观察到设备故障、热(rè)失控、燃爆等事故发生前的征兆(zhēngzhào)，做到提前预防、制止蔓延。”陈满介绍，这样不仅可留出15分钟的处置时间，还能把(bǎ)缺陷故障对电力系统的影响降到最低，甚至是消除缺陷。 为此，项目团队通过筛选、处理相关试验数据，提出(tíchū)“电热力(rèlì)声气光”六个维度的征兆获取方法，并建立包含108条征兆的征兆集，征兆覆盖了电池(diànchí)单体、电池模块、电池系统等多个方面。 掌握征兆特征只是前提，能获得征兆信息才是目的。“我们精准采集了(le)各个(gègè)电站470多万个测点(cèdiǎn)数据信息，并运用‘云端(yúnduān)’近1800万个算法进行秒级大数据分析，建成了我国首个吉瓦时级新型储能安全监测平台。”南网(nánwǎng)储能公司储能科研院数据资产研究所所长(suǒzhǎng)张豪告诉记者，该平台能够帮助运维人员“足不出户”地掌握储能设备的健康状态，准确率高达97.6%。 目前，该安全监测平台实时(shíshí)观察着(zhe)先期接入平台的8座电化学储能站的运行状态。其(qí)数据传输、状态监测、故障诊断预警(yùjǐng)、事故还原等各项功能运行稳定。到2025年底，接入该平台的站点数预计将达到85座，总规模预计超过全国总量的2%。 首次应用无氟环保(huánbǎo)灭火材料 对于储能系统，灭火装备宁可备而(ér)不用，不可用而不备(bùbèi)。项目团队(tuánduì)利用天津消防研究所的行业技术优势，成功研发出世界首套基于液氮灭火抑爆的储能系统。 该储能系统不仅实现(shíxiàn)了无氟环保灭火材料在新型储能领域的首次应用，还将扑灭电池(diànchí)初期火灾(huǒzāi)时间缩短至5秒内，效率达到原来2倍以上。 “我们研发了(le)储能系统火灾应急处置技术，建立了‘液氮—二氧化碳—水喷淋’联合作用应急处置体系；突破了液氮承压、贮存(zhùcún)和制冷等关键技术，研发出液氮灭火抑爆样机。项目提出的(de)液氮与水喷淋共线输送抗冰堵技术，实现了共线传输，提高了技术应用(yìngyòng)的经济性。”火灾安全全国重点实验室研究员王青松介绍(jièshào)，运用这种新的灭火抑爆技术，扑灭火灾后能确保(quèbǎo)储能装置不复燃、不爆炸。 目前，该套基于液氮(yèdàn)灭火抑爆装置已在华南、华东、西北多地试点示范(shìfàn)应用，覆盖电源(diànyuán)侧、电网(diànwǎng)侧、用户侧等新型储能在电力系统的各个节点。除了环保，新灭火技术规模化应用的成本可较现有技术降低30%，具有明显的经济优势。 经过3年的技术攻关，“锂离子电池储能系统全寿命周期应用安全(ānquán)技术”项目(xiàngmù)形成了(le)覆盖新型(xīnxíng)储能单体、系统、电站多个(duōgè)层级的成套安全防控(fángkòng)技术成果，示范应用总规模超过1000兆瓦时，相当于新建了5座高安全的大型储能电站。该项目不仅完成一系列关键技术创新，形成共性关键技术与装备、支撑平台和标杆工程，且培养了一批(yīpī)储能安全科技人才，实现了我国新型储能安全防控的风险可知、征兆可感、火情可控，为产业高质量发展保驾护航。