安全系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計嚴(yán)格遵循單一故障準(zhǔn)則，并通過冗余性、多樣性、獨(dú)立性和故障安全、在役檢測等設(shè)計原則，以及避免冗余設(shè)備共因失效設(shè)備鑒定的實(shí)施等手段來實(shí)現(xiàn)。
安全，是電池儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展繞不開的痛點(diǎn)。
今年全國兩會期間，寧德時代董事長曾毓群建議，參照核電級安全，建立以失效概率為依據(jù)的電池儲能系統(tǒng)安全分級評估體系，并將該體系納入重大項目招標(biāo)條件，引導(dǎo)電池儲能邁向以“核電級安全”為標(biāo)桿的高質(zhì)量發(fā)展。
核電是迄今為止最復(fù)雜的能源系統(tǒng)，核電站是最強(qiáng)調(diào)安全的能源設(shè)施。核電和電池儲能，這兩個在體量規(guī)格、科技含量、人才儲備、資金成本方面看起來完全不在一個量級的行業(yè)，對標(biāo)安全是否有可行性?在電池儲能普遍面臨盈利困境的當(dāng)下，是否還有余力為更高等級的安全冗余買單?
安全建設(shè)和運(yùn)行壓力增加
作為穩(wěn)定清潔能源發(fā)電波動、提高系統(tǒng)消納能力的剛需技術(shù)，儲能需求迫切。數(shù)據(jù)顯示，2022年，國內(nèi)新增投運(yùn)新型儲能項目裝機(jī)規(guī)模6.9吉瓦/15.3吉瓦時，單年新增超過過去十年累計裝機(jī)量5.7吉瓦/11.2吉瓦時的總和，裝機(jī)規(guī)模躍居全球第一。
產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時，儲能的安全建設(shè)和運(yùn)行壓力也在不斷增加。“韓國在2018年前電化學(xué)儲能世界領(lǐng)先，裝機(jī)容量全球最高。但在2017年8月至2018年5月，韓國1000座左右的儲能電站共發(fā)生23起火災(zāi)，每座儲能電站每年發(fā)生火災(zāi)的概率達(dá)1.5%，這是絕對不能接受的概率。因此，韓國電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)遭受致命打擊，此后一蹶不振。”在日前召開的第一屆儲能消防安全產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授孫金華為我國電池儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)出預(yù)警。
根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計，自2011年起，全球發(fā)生儲能安全事故多達(dá)70多起。即使在儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展十余年后，不含戶儲，2022年全球也發(fā)生17起儲能事故。由此可見，安全問題是制約儲能規(guī)模化發(fā)展的痛點(diǎn)，只有解決這個痛點(diǎn)，電池儲能產(chǎn)業(yè)才能步入健康發(fā)展軌道。
作為一個橫跨多個學(xué)科領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)，電池儲能包括電池本體、管理系統(tǒng)、電纜線束、預(yù)警監(jiān)控、運(yùn)行環(huán)境等，每個環(huán)節(jié)都可能觸發(fā)安全事故?；陔娬倦姵卮⒙?lián)數(shù)量多、規(guī)模大、運(yùn)行功率大的特點(diǎn)，熱失控是儲能電站事故的主要誘因。
此外，現(xiàn)行儲能電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。上海消防救援總隊法制與社會消防工作處高級工程師王薇指出，儲能電站容量分為大中小三型，并沒有設(shè)立對應(yīng)的分級設(shè)類安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，造成其集中監(jiān)控系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)缺少分級分類的安全管控要求。“這導(dǎo)致一個裝機(jī)容量200兆瓦時的項目和一個裝機(jī)容量12兆瓦時的中小型項目，安防系統(tǒng)是一致的。”
建議學(xué)習(xí)核電安全理念
破解安全難題，可以向優(yōu)者學(xué)習(xí)。
從1991年12月秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電算起，我國核電產(chǎn)業(yè)已歷經(jīng)30多年發(fā)展，核電機(jī)組累計安全運(yùn)行超過450堆年，從未發(fā)生國際核事件分級2級及以上運(yùn)行事件或事故，主要運(yùn)行指標(biāo)始終保持國際先進(jìn)水平。
核電站是如何做到安全運(yùn)行的?上海核工程研究設(shè)計院副總監(jiān)顧申杰向中國能源報記者介紹，當(dāng)前全球核電安全評價均基于確定論方法開展，同時以概率論方法為補(bǔ)充，由此保障了較高安全性，核電早期放射性釋放概率(LERF)低至10的負(fù)7次方每堆年。基于核安全質(zhì)保體系，核電構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備一般分為核安全級(包括核安全I(xiàn)、II、III級)和非安全級，凡是執(zhí)行諸如緊急停堆、堆芯冷卻、余熱排出、安全殼隔離，以及其他防止放射性大量外泄等安全功能的系統(tǒng)、設(shè)備，均為安全級，不執(zhí)行安全功能的則屬非核安全級。
“安全系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計嚴(yán)格遵循單一故障準(zhǔn)則，并通過冗余性、多樣性、獨(dú)立性和故障安全、在役檢測等設(shè)計原則，以及避免冗余設(shè)備共因失效設(shè)備鑒定的實(shí)施等手段來實(shí)現(xiàn)。比如，用于事故工況下可靠地向反應(yīng)堆緊急注水的安注系統(tǒng)，設(shè)計考慮設(shè)置功能冗余、相互獨(dú)立的兩個序列，各序列分別設(shè)有一臺經(jīng)過核級設(shè)備鑒定的泵，以確保任一序列的泵失效，均不會導(dǎo)致系統(tǒng)安全功能的喪失。”顧申杰解釋道。
“儲能最大的特點(diǎn)是日歷壽命、循環(huán)壽命要達(dá)到20年以上，且儲能大系統(tǒng)，1吉瓦時的儲能電站有超過150萬顆電芯，對產(chǎn)品的一致性要求是動力電池的1萬倍以上，而產(chǎn)品問題往往在交付初期看不出來。劣質(zhì)產(chǎn)品會給業(yè)主帶來安全與財務(wù)方面的巨大損失。”曾毓群呼吁，儲能電站需要從設(shè)計、選型、施工、運(yùn)維、報廢回收全流程向核電的安全理念學(xué)習(xí)。
落實(shí)到企業(yè)自覺行動
據(jù)了解，一座壓水堆核電廠的設(shè)備中，核安全級設(shè)備臺件數(shù)占比約為20%—30%，而一件設(shè)備由非安全級升級為安全級，造價可能提高數(shù)倍。以此類比，電池儲能參照核電級安全保障，成本造價是否能夠承受?
“從經(jīng)濟(jì)角度看，不同于核電站要求的絕對安全。1萬個電芯中，有1個出現(xiàn)失效并不會影響儲能電站正常運(yùn)行，只要不起火、不爆炸就可以接受。”某儲能企業(yè)產(chǎn)品研究院院長認(rèn)為，核電級安全是行業(yè)努力的目標(biāo)，但也要結(jié)合實(shí)際需求，循序漸進(jìn)。
“提升儲能電站的可靠性，勢必會增加實(shí)際成本、材料成本，以及整個過程中質(zhì)量保證和人力資源成本。對企業(yè)而言，關(guān)鍵要精準(zhǔn)定位儲能產(chǎn)品的應(yīng)用場景，若能解決別人不能解決的問題，滿足稀缺剛需要求，就不存在溢價問題。但要尋求廣泛應(yīng)用，隨著成本提高，市場競爭力會出現(xiàn)下降。”顧申杰指出，借鑒核電的實(shí)踐，建立“分級”評估體系，把重要資源集中在可靠性貢獻(xiàn)顯著的部件或產(chǎn)品上，較為明智。比如，基于應(yīng)用場景設(shè)定所關(guān)聯(lián)的性能目標(biāo)，通過故障模式影響分析，在產(chǎn)品宏觀層面鑒別現(xiàn)象級的失效模式，“放大鏡”式微觀分析失效機(jī)理及其致因老化機(jī)理，提出消除或緩解方法，經(jīng)自下而上的設(shè)計迭代，形成接近或滿足設(shè)定場景目標(biāo)的產(chǎn)品或部件設(shè)計，并采用事先定義的驗收基準(zhǔn)進(jìn)行驗證。“通過類似的方法流程，一方面，高級別產(chǎn)品可以進(jìn)一步提高性能;另一方面，一般產(chǎn)品反而能夠降低成本。”
“一些問題并不需要很高的成本就能規(guī)避，關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)問題的根源。哪些風(fēng)險不能發(fā)生，哪些問題要降低發(fā)生的概率，哪些問題解決的成本過高、先解決部分而非全部解決。 如果能夠靈活應(yīng)用，一定可以在不明顯增加成本的基礎(chǔ)上，顯著提高電池儲能的可靠性。”顧申杰說。
事實(shí)上，除了新提出的核電級安全，儲能行業(yè)一直也有車規(guī)級安全認(rèn)證、航天級標(biāo)準(zhǔn)等概念。在沒有第三方強(qiáng)監(jiān)管的情況下，如何避免企業(yè)拿評估體系為噱頭進(jìn)行廣告宣傳。顧申杰認(rèn)為，企業(yè)要建立標(biāo)準(zhǔn)化體系，公開承諾遵循標(biāo)準(zhǔn)，建立接受公開監(jiān)督的渠道。
