中國儲能網(wǎng)訊：儲能裝機高速增長隨之而來的儲能安全問題愈發(fā)凸顯，陽光電源半年內(nèi)連續(xù)兩次火煉真機且測試過程保持高透明度，體現(xiàn)了陽光電源對自家產(chǎn)品安全性的足夠自信，也將為儲能行業(yè)站控級安全提供實證參考。
儲能安全問題愈發(fā)凸顯
近幾年，隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進，儲能市場進入高速發(fā)展期，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會今年3月發(fā)布的《2024年中國新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2023年全球儲能新增裝機量約48.6GW，其中，新型儲能新增裝機量約 42.0GW，占比為 86.4%。
作為全球儲能的三大市場之一，2023 年，中國儲能新增裝機量約26.6GW。其中，新型儲能新增裝機量約21.3GW，是2022年新型儲能新增裝機量的3.6倍。
2024年1-9月中國新型儲能新增裝機功率超21GW,容量規(guī)模接近于去年全年。
全球儲能裝機高速增長的同時，儲能系統(tǒng)的安全問題也愈發(fā)凸顯。
在新型儲能的諸多技術(shù)路線之中，鋰離子電池以其高能量密度、長壽命、高效率和快速響應(yīng)等優(yōu)勢，成為了儲能領(lǐng)域的主流技術(shù)路線，被廣泛應(yīng)用于電動車、消費電子產(chǎn)品以及大規(guī)模儲能系統(tǒng)中，推動了相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。
然而，鋰離子電池也存在一些顯著的挑戰(zhàn)，尤其是在熱穩(wěn)定性方面。
在高溫、過充或短路等極端條件下，鋰離子電池會發(fā)生熱失控現(xiàn)象，從而引發(fā)火災(zāi)或爆炸。
這些安全隱患使得鋰離子電池在儲能系統(tǒng)中面臨較高的風(fēng)險，成為引發(fā)安全事故的主要原因之一。
據(jù)CESA儲能應(yīng)用分會產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫不完全統(tǒng)計，自2009年11月以來，全球共發(fā)生了117起儲能相關(guān)事故，發(fā)生在源網(wǎng)及用戶側(cè)場景的儲能電站事故共87起，數(shù)量占比達75%。
其中，應(yīng)用磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的儲能系統(tǒng)事故分別為68起、36起，兩類事故合計占比達89%。
從11起披露損失數(shù)據(jù)的事故看，這些事故造成一些人員和財產(chǎn)損失，比如，紐約州杰斐遜縣肖蒙村太陽能發(fā)電廠儲能柜起火事故、韓國忠清南道洪城儲能系統(tǒng)起火事故、韓國太陽能發(fā)電廠1500kWh 儲能電站起火事故以及韓國光伏電站儲能系統(tǒng)起火事故損失均達到了上百萬，深圳美拜電子有限公司倉庫起火事故直接損失更是高達2000萬元。
117起事故中有13起公開了具體的事故原因，其中有8起事故是因為電池短路、漏液導(dǎo)致失溫進而產(chǎn)生了起火爆炸，1起是因為冷卻系統(tǒng)內(nèi)泄漏導(dǎo)致短路，并引發(fā)電子元件起火，1起是因為周圍環(huán)境點爆炸導(dǎo)致失火。
陽光電源兩次火煉真機自證“真金”
2024年5月，陽光電源用4臺PowerTitan真機搭建了實景模擬儲能電站，并在全球眾多客戶的直播見證下，完成全球首個儲能系統(tǒng)大規(guī)模燃燒測試。
起火的PowerTitan 1.0儲能系統(tǒng)真機經(jīng)過4小時燃燒后火勢無蔓延，最終儲能柜仍能保持結(jié)構(gòu)完整性。
時隔半年，陽光電源近日宣布，再次重金投入3000萬，對20MWh的PowerTitan2.0(以下簡稱PT2.0)進行了最大規(guī)模、最長時間的真機燃燒不蔓延測試。
相比第一次測試，本次測試在燃燒時長、測試條件、安全標(biāo)準(zhǔn)上全面升級，大大增加了難度系數(shù)，PowerTitan2.0成功通過了三大挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)一：抵住一天一夜的燃燒，驗證系統(tǒng)超強防護能力。
相比行業(yè)常規(guī)燃燒測試4-8小時，本次挑戰(zhàn)時間延長3-6倍，系統(tǒng)在歷經(jīng)25小時43分鐘的不間斷燃燒后，熱失控單柜艙體結(jié)構(gòu)依然保持完整，燃燒后仍能整體吊裝。且火情未向四周蔓延，展示了PT2.0的泄爆設(shè)葉、阻燃能力和抗沖擊性能。
挑戰(zhàn)二：扛住熔化鋼鐵的高溫，驗證系統(tǒng)熱失控不蔓延。
模擬極端工況，布局4臺100%滿電負荷的儲能柜，其中A柜和B柜僅隔15厘米間距，這一距離已達極限（行業(yè)內(nèi)實際電站雙柜大多相隔3米）。
測試結(jié)果顯示A柜熱失控并未蔓延至近在咫尺的B柜，當(dāng)熱失控A柜火焰溫度飆升至1385℃時（這個溫度足以熔化鋼鐵），B柜電芯卻始終保持40℃正常范圍，證明了PT2.0在極限間距下仍能保持出色的耐火隔熱能力。
挑戰(zhàn)三：無消防保護下，驗證系統(tǒng)“裸奔”耐火阻燃性能。
測試中主動關(guān)閉所有柜體的消防系統(tǒng)，使得艙體處于“無保護”狀態(tài)，安全風(fēng)險大幅增加。但PT2.0憑借被動防火結(jié)構(gòu)設(shè)計，測試中4臺儲能柜所有艙門均未燒穿，且最大程度控制了燃燒范圍和破壞力，展示了儲能系統(tǒng)在面對極端火災(zāi)情況時強大的自主應(yīng)對能力。
值得一提的是，本次測試通過直接現(xiàn)場展示，讓挪威船級社DNV和陽光電源在全球范圍內(nèi)的100多家客戶擔(dān)當(dāng)見證人的做法，更增添了其測試結(jié)果的可信度。
本次高難度、高標(biāo)準(zhǔn)燃燒測試的成功為儲能行業(yè)站控級安全提供了實證參考，引領(lǐng)了儲能行業(yè)安全新標(biāo)準(zhǔn)。
啟示：儲能安全應(yīng)在4個關(guān)鍵點著力
鋰電池作為電化學(xué)儲能系統(tǒng)最核心的組成部分，發(fā)生熱失控引發(fā)儲能事故的原因主要為5個方面：
制造缺陷、析鋰短路、電芯的不一致等鋰電池缺陷；鋰電池簇間環(huán)流加速電芯劣化；絕緣失效引發(fā)的外部短路，異常電流、異常過熱等引發(fā)電池內(nèi)短路;高溫、高濕等外部環(huán)境變化加速鋰電池老化，引起絕緣失效短路，并最終觸發(fā)熱失控;BMS、EMS、PCS等模塊之間的管理邏輯不當(dāng)和硬件故障導(dǎo)致電池的監(jiān)管失效，造成鋰電池?zé)崾Э亍?
因此，避免儲能事故，系統(tǒng)集成應(yīng)在4個關(guān)鍵點發(fā)力。
第一，本體安全。鋰電池儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵部分在電芯，系統(tǒng)集成商要通過自研高品質(zhì)電芯或選擇技術(shù)先進、一致性好、故障率小的一線品牌電芯，保證電芯的本體安全。
第二，電氣安全。儲能系統(tǒng)中，EMS負責(zé)決策，BMS負責(zé)監(jiān)控，是儲能系統(tǒng)的“大腦”，逆變器PCS則負責(zé)串聯(lián)EMS與BMS來對電池進行保護，是儲能安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要將電化學(xué)技術(shù)與電力電子技術(shù)、熱技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等進行融合，對每個電芯、電池包、電池簇及儲能系統(tǒng)進行精細化監(jiān)控與管理，做到主動防護。
第三、集成安全技術(shù)。儲能系統(tǒng)往往由多個電池單元組成，如何確保在個別單元發(fā)生問題時不會影響整個系統(tǒng)的安全運行，考驗的是系統(tǒng)集成安全技術(shù)。
另外，通過系統(tǒng)級的安全設(shè)計和風(fēng)險評估，可以確保在系統(tǒng)設(shè)計階段就充分考慮安全性，采取相應(yīng)的冗余設(shè)計，提高系統(tǒng)的整體安全性。
第四、消防與預(yù)警機制。消防系統(tǒng)的目標(biāo)是防止非電池火災(zāi)蔓延到電柜中的其他電芯，從而防止涉及少數(shù)電芯的小事故變成大規(guī)?；馂?zāi)，這就需要系統(tǒng)有相應(yīng)的消防和泄漏控制技術(shù)來迅速應(yīng)對，減少損失。
目前，國內(nèi)系統(tǒng)集成商對于儲能電站的安全防范意識不僅僅停留在電芯環(huán)節(jié)，而是走向了“電芯-Pack-系統(tǒng)級”三重消防理念。
半年內(nèi)連續(xù)兩次火煉真機且測試過程保持高透明度足見陽光電源對自家產(chǎn)品安全性的充分自信，這背后其對于技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)引領(lǐng)、對產(chǎn)品品質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)追求、對儲能行業(yè)安全底線堅守。
那么，陽光電源的系統(tǒng)集成技術(shù)是如何體現(xiàn)上述四點的呢？
首先，陽光電源近期進行的真機火燒測試的PowerTitan2.0系統(tǒng)選用的電芯來是中創(chuàng)新航的高性能314Ah儲能電芯。
中創(chuàng)新航是全球儲能一級廠商，是業(yè)內(nèi)首個宣布量產(chǎn)交付314Ah儲能電芯的企業(yè)。
另外，中創(chuàng)新航還是國內(nèi)電池企業(yè)中參與兆瓦級儲能項目時間最早、數(shù)量最多、應(yīng)用經(jīng)驗最為豐富的企業(yè)之一，參與國家最早一批儲能示范項目共22個。
中創(chuàng)新航開發(fā)的全生命周期補鋰技術(shù)，通過“高效的正極補鋰材料保證全生命周期活性鋰損失能及時補充”，確保了電池在整個使用周期內(nèi)能夠保持良好的循環(huán)性能。
目前，中創(chuàng)新航已經(jīng)迭代升級了314Ah二代長循環(huán)儲能電芯。
電氣設(shè)備方面，陽光電源是全球逆變器龍頭企業(yè)，目前大型集中式儲能逆變器市場中，陽光電源市場份額占前三。
PowerTitan2.0系統(tǒng)采用AC存儲，首次實現(xiàn)“一簇一PCS”，相比傳統(tǒng)“一柜一PCS”，這種模式簇級均流控制，無簇間木桶效應(yīng)，系統(tǒng)全生命周期放電量提升8%。支持SOC自動標(biāo)定，無需停機和人工上站。
此外，一簇一PCS，各自獨立運行，故障互不影響，單機故障維修僅半小時，大幅提升系統(tǒng)在線率。與“一PCS壞、整柜壞”的傳統(tǒng)儲能相比，故障損失減少92%。
系統(tǒng)采用液冷PACK+液冷PCS“全液冷”散熱，并搭載AI仿生熱平衡技術(shù)，具備速冷、微冷、加熱三種控溫模式，可根據(jù)電芯、環(huán)境溫度、運行工況智能切換，輔電能耗降低45%。
集成技術(shù)方面，PowerTitan2.0采用直流不出柜，標(biāo)準(zhǔn)化短線纜內(nèi)置于全液冷散熱“空調(diào)房”，避免各類安全隱患。此外搭載大電流AI滅弧技術(shù)，秒級關(guān)斷電弧，保護整柜安全。
陽光電源在循環(huán)壽命、能量效率、能量密度方面整體尋優(yōu)，與電芯合作伙伴共建嚴格質(zhì)量管控，每顆電芯進廠到上線，歷經(jīng)118項全方位測試，用心嚴選電芯。
預(yù)警機制上，PowerTitan2.0首次應(yīng)用電芯AI全息管理技術(shù)，通過電壓、電流、溫度、氣體、壓力、顆粒“6D傳感監(jiān)測”，提前24小時智能預(yù)警，源頭管理熱失控。
另外，PowerTitan2.0在結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、控制策略三個維度采取50大安全設(shè)計，對電池包、電池簇、PCS、系統(tǒng)進行400+安全測試。
消防上，PowerTitan2.0依然延續(xù)“預(yù)、泄、消”三層滿配設(shè)計，實現(xiàn)全生命周期內(nèi)的系統(tǒng)安全和可靠運行。
今年10月，陽光電源的電芯預(yù)診斷系統(tǒng)iSolarBPS（以下簡稱“iSolarBPS”）憑借在電芯健康診斷和安全預(yù)警方面的出色表現(xiàn)，行業(yè)率先通過CGC/GF 246：2024儲能電池安全預(yù)警與診斷評估認證，展現(xiàn)了陽光電源在儲能安全管理領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)桿地位。
測試結(jié)果顯示，iSolarBPS各項指標(biāo)數(shù)據(jù)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在電芯健康診斷方面，針對內(nèi)短路、熱失控等易引發(fā)火災(zāi)事故的安全隱患，iSolarBPS識全率超過95%、誤報率為0%。
在安全預(yù)警方面，iSolarBPS提前7天預(yù)警電壓不一致隱患，提前100小時預(yù)警內(nèi)短路隱患，提前1小時預(yù)警熱失控隱患，通過三級預(yù)警機制，將電站安全隱患扼殺在萌芽階段。
