儲能電站爆炸事故：新能源的冰與火之歌！
導(dǎo)讀
? ? ? 隨著新能源研究與應(yīng)用浪潮的推進，以電動汽車為代表的新一代產(chǎn)業(yè)正蓬勃發(fā)展。然而，其中關(guān)鍵的電池儲能技術(shù)是否已經(jīng)達到近乎“成熟”的商業(yè)化？基礎(chǔ)研究是否已經(jīng)實現(xiàn)對重要關(guān)鍵問題的解決？一些突發(fā)的現(xiàn)實應(yīng)用場景問題，可能正為這一新興技術(shù)的發(fā)展帶來“冰雪”。例如，2021年4月16日，北京集美家居大紅門的儲能電站起火，電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸，導(dǎo)致2名消防員犧牲，這起重大事故背后能否帶給我們些許思考與啟迪？
? ? ? 光儲充電站的事故與影響事故發(fā)生后，中國電力科學(xué)研究院—儲能與電工新技術(shù)研究所發(fā)布了一份事故報告分析，那么，其中有哪些關(guān)鍵信息呢？
1) 光儲充一體化電站本次發(fā)生事故的電站類型為“直流光儲充一體化電站”，主要包括如下幾個部分：A. 1.4MWh的屋頂光伏 圖2 儲能電池 圖源：事故分析報告C. 單槍150 KW大功率直流快速充電樁圖3新能源汽車充電樁 圖源：事故分析報告該電站主要利用家居廣場天臺的空間架設(shè)太陽能電池板進行發(fā)電，再利用鋰電池儲能，最終實現(xiàn)充電輸出。據(jù)事故分析報告披露，“在傳統(tǒng)的電動汽車充電站中，充電樁輸入的是交流電，而新能源車的大功率充電使用的是直流電，因此需要配備一圈交流轉(zhuǎn)換直流的設(shè)備。而該電站的電池級聯(lián)輸出本身為直流電的特性，去除了相應(yīng)的“交轉(zhuǎn)直”、“直轉(zhuǎn)交”的變電設(shè)備，電池直接串聯(lián)至 750 V，經(jīng)過多機并聯(lián)，使得每個充電樁都可以達到150 kW ，250 A， 750 V的參數(shù)。因此，這一設(shè)計對電池、開關(guān)等器件的質(zhì)量和電氣安全要求更高。
2) 電站2021年4月16日12時17分，119接到火情報告，同時派出47 輛消防車和 235名指戰(zhàn)員。14時15分，消防隊員對電站南區(qū)進行滅火處置時，在沒有任何征兆的情況下，北區(qū)突發(fā)爆炸，直接導(dǎo)致2名消防員犧牲,1名消防員受傷以及電站內(nèi)1名員工失聯(lián)。23時40分，徹底撲滅明火，繼續(xù)進行降溫處理。據(jù)悉，在事故發(fā)生前，電站正在進行施工調(diào)試作業(yè)。
3) 事故起因如上述現(xiàn)場情況所述，“毫無征兆”四個字是關(guān)鍵。鋰電池系統(tǒng)的爆炸似乎就像一枚無法預(yù)知爆炸時限的“無定時自發(fā)炸彈”，因此，在極端條件下，內(nèi)外多重因素共同作用，最終導(dǎo)致熱失控爆炸，而電解液等化學(xué)成分又促成了更為激烈的狀況。事故報告從儲能電池安全質(zhì)量、儲能系統(tǒng)電氣拓撲、電池管理系統(tǒng)、電纜和線束現(xiàn)場布局、電站防火設(shè)計、電站配套的監(jiān)控預(yù)警滅火系統(tǒng)及消防用水、氣象環(huán)境因素、人員現(xiàn)場操作和管理制度等八個方面進行了分析。最終結(jié)論為：不能下定論。
4) 后續(xù)影響該事故發(fā)生的直接影響是多地的儲能電站在建項目出現(xiàn)停工或暫緩建設(shè)。不過，4月21日，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》文件，可見，儲能技術(shù)的應(yīng)用并未受到大的影響，政策面依舊鼓勵持續(xù)推進。
? ? ? ?意見指出：
i) 到 2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。新型儲能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高，核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升，在低成本、高可靠、長壽命等方面取得長足進步，標(biāo)準體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機規(guī)模達 3000 萬千瓦以上。新型儲能在推動能源領(lǐng)域碳達峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。
ii) 到 2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準體系、市場機制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲能成為能源領(lǐng)域碳達峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。在碳達峰、碳中和的時間節(jié)點上，儲能技術(shù)其實是至關(guān)重要的一環(huán)。因為諸如光伏、風(fēng)力發(fā)電等清潔能源，其固有的穩(wěn)定性問題對電網(wǎng)運行而言是不利的，而儲能恰恰就像一道“電力大壩”，具備調(diào)控、存續(xù)的獨特優(yōu)勢。因此，儲能是新能源發(fā)展路上必不可少的一環(huán)。
? ? ? ?國外事故近年來，國內(nèi)外發(fā)生過多起儲能系統(tǒng)的爆炸事故，那么，類似事故都有怎樣的特點？能帶給我們哪些指示性的信息？
1) 韓國鋰電儲能電站事故 韓國在新型儲能系統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域位居世界前列，近些年新增的儲能系統(tǒng)總裝機容量增長迅速。然而，韓國境內(nèi)發(fā)生的安全事故數(shù)近乎位居世界首位。據(jù)韓國政府組織的事故調(diào)查報告指出，多數(shù)事故發(fā)生在充電后，少數(shù)發(fā)生在充放電期間和施工調(diào)試階段。通過進行電池火災(zāi)的模擬實驗，研究表明，質(zhì)量有瑕疵的電池并不會導(dǎo)致失火等事故，但可能是誘發(fā)因素。 電池系統(tǒng)的外部電路、管理系統(tǒng)與安全保護措施等模塊未能起到真正的阻止失控發(fā)生的作用可能是導(dǎo)致火災(zāi)等事故的重要原因。
2) 美國亞利桑那州儲能電站事故2019年4月19日，美國亞利桑那州的McMiken電站發(fā)生爆炸。據(jù)后來的相關(guān)報道顯示，其主要原因可能并非電池本身導(dǎo)致，即：電池模塊本身沒有爆炸，而是容器內(nèi)的氣體達到了爆炸點。四、電化學(xué)儲能系統(tǒng)的安全鋰電池的性能衰減、內(nèi)部短路、外部系統(tǒng)的反應(yīng)機制與響應(yīng)時間、綜合控制系統(tǒng)對電流電壓等重要參數(shù)的調(diào)控等多重因素是導(dǎo)致鋰電儲能系統(tǒng)發(fā)生爆炸事故的誘因。因此，具體到單個事故上，可能是一個小的誘因觸發(fā)一系列連鎖反應(yīng)。例如，電池過充、過放、快充引起的局部熱效應(yīng)，電路系統(tǒng)不穩(wěn)定導(dǎo)致的瞬時短路，電池過熱破裂泄露的氣體迅速燃燒、環(huán)境灰塵與顆粒進入到儲能系統(tǒng)內(nèi)部等因素都可能最終導(dǎo)致不可挽回的巨大事故。
目前的基礎(chǔ)研究成果，大多數(shù)集中在如何開發(fā)高性能的新型電池，以及圍繞單個電池的一些安全實驗，比如針刺、燃燒等測試。但是，基本少有圍繞規(guī)?；姵亟M件系統(tǒng)的真實場景條件下運行的安全實驗，大多數(shù)是基于理論模型的預(yù)測。此類系統(tǒng)性安全評估是未來確保電化學(xué)儲能系統(tǒng)成熟化的必要步驟，因為孤立的電池性能即使達到極致，但不能確保集成后的系統(tǒng)穩(wěn)定性的話，那么，數(shù)以萬計的電池論文可能只能躺在書架上了。從辯證層面而言，冰與火之間并非是絕對的對立面，而是對立統(tǒng)一的雙面?zhèn)b。安全事故的警示并非簡單的事故分析與總結(jié)，而是能否從中破解制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵掣肘。
