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2.1 国外储能安全状况

2.1.1 韩国

近年来,韩国陆续部署了1000多个电力储能系统项目。自2017年8月至今,先后发生了34起储能电站火灾事故。

根据2019年6月11日韩国政府发布的《储能电站火灾事故调查结果报告》,在前23起安全事故中,按储能电站容量规模划分,不足1MWh的电站有1起,1~10MWh规模的电站有17起,超过10MWh规模的电站有5起;按储能电池类型划分,三元锂电池的储能电站有21起,磷酸铁锂电池的储能电站有2起;按应用场景划分,参与可再生能源发电应用的电站有17起,参与电力需求侧管理的储能电站有4起,参与电力系统调频的电站有2起;按发生事故时所处状态划分,充满电后待机中发生火灾的储能电站有14起,处于充放电运行状态的有6起,尚处于安装或调试状态的有3起。韩国储能电站火灾统计见表2-1。

表2-1 韩国储能电站火灾统计

(续)

注:“/”表示信息未知。

为查明事故原因,韩国调查委员会在事故现场调研的基础上,先后组织开展了76项比对性事故试验,围绕安全的起因,最终得出五项结论:1)电池保护系统存在缺陷;2)运行环境管理不规范;3)安装与调试规程存在缺失问题;4)综合保护管理体系不完善;5)部分电池存在制造缺陷,易发生电池内部短路进而诱发火灾事故。

韩国发布的《储能电站安全强化对策》中指出,为预防和应对储能系统火灾,针对电力储能系统装置特点,从四个方面实施安全强化措施:1)改进在“产品—安装—运行”等前期周期中的安全标准和管理制度,制定针对储能系统的消防标准;2)大幅强化产品及系统层面的安全管理;3)强化储能系统设置基准:强化屋内安装技术条件,强化安全装置及环境管理,增强监控功能;4)强化运维管理制度:强化法定检查,新设不定期维修强制条款;5)根据特定消防对象设定火灾安全基准,制定火灾安全标准,2019年下半年制定专门的储能电站标准化火灾应对程序,强化消防应对能力。

由于韩国的储能事故不断发生,韩国政府于2019年10月成立了“储能火灾事故调查组”进行第二次调查。与第一次调查结果不同的是,在2020年2月公布的第二次调查结果中,电池异常(缺陷)被列为火灾的主要原因。在2020年2月之后,韩国又连续发生了多起储能事故,韩国政府在2021年6月再次成立了调查组,进行第三次事故调查,预计韩国将会出台更为严格的储能安全法规。

2.1.2 美国

据美国能源信息署(EIA)预计,美国未来两年所有能源的装机容量将增加78GW,其中大部分将是大型太阳能发电设施和储能项目,预计将增长62%,总装机容量为49GW。根据美国能源信息署最新发布的《电力月度更新》调查报告预计,美国在两年内部署的电池储能系统的装机容量将达到10GW。

通过公开资料检索,2011—2012年,美国先后发生的3起电化学储能电站的火灾事故,事故地点均为夏威夷Kahuku风电场储能电站,发生火灾时间分别为2011年4月、2012年5月、2012年8月。Kahuku风电场风电装机容量为30MW,并配备15MW的铅酸电池储能系统,前两起火灾均是储能系统中ECI电容器发生故障导致起火事件,而第三起则是从储能系统的电池箱内部起火并迅速扩散蔓延导致火灾。事故调查报告显示,这三起事故的主要原因是储能系统安全设计不足以及防护设施缺失,当储能系统周边的电器部件引发起火时,储能系统无法采取有效措施规避安全风险致使发生连锁反应。

2019年4月19日的亚利桑那州McMicken变电站中电力储能系统设备发生起火事件,并在消防人员开展现场检查时发生爆炸,造成消防员受伤。该变电站安装有2套2MW/2MWh三元电力储能系统,2017年建成投运,主要用于提升光伏发电的并网友好性。

2020年7月18日,电站所属企业发布该储能事故分析报告,将事故原因总结为五个方面:一是电池内部故障引发热失控;二是灭火系统无法阻止电池的级联式热失控;三是电芯单元之间缺乏足够的隔热层保护;四是易燃气体在没有通风装置的情况下积聚,当预制舱门被打开时引起爆炸;五是应急响应计划没有灭火、通风和进入事故区域的程序。

在2011—2012年的夏威夷Kahuku风电场储能电站火灾等事件之后,美国开始重视电池储运、使用过程中的安全性问题。美国的消防协会、国家运输安全委员会、联邦航空署以及UL实验室等机构纷纷加大对锂离子电池安全问题的研究,以及加紧制定锂离子电池安全的相关标准。

到目前为止,美国在储能系统的安装规范和安全标准方面,已经制定了包括相关的美国电气规范(NEC)、国际防火法规(IFC)、国际建筑规范(IBC)、国际住宅规范(IRC)、储能系统安装规范(NFPA 855)、储能系统和设备的安全标准(UL 9540),以及评价储能系统热失控扩散危险性和消防措施有效性的大规模火烧测试标准(UL 9540A)等。

2.1.3 澳大利亚

2021年7月30日上午,澳大利亚“维多利亚大电池”储能项目在测试过程中,一个特斯拉Megapack电池集装箱发生了火灾,并引燃了另一个Megapack电池集装箱。事故发生后,消防员仅采用了远程高压水喷淋的方式,没有采用其他消防灭火措施,经过4天多的燃烧,现场火灾得到基本控制。

2021年9月,澳大利亚维多利亚州能源安全部门发布该事故调查结果,认为该储能项目的冷却系统内泄漏造成电池短路、继而引发了储能火灾,而监控系统没有按要求24h运行也是该事故暴露出的问题。

2.1.4 日本

日本部署电力储能系统以电化学储能为主,早期主要推广钠硫电池储能,后期则以锂离子电池储能系统为主。

2011年9月21日上午,日本茨城县三菱材料筑波制作所内的一座1MW/6MWh钠硫电池电站发生火灾,10月5日大火被彻底扑灭。日本钠硫电池制造商在事故发生当天成立了事故调查委员会,并同时宣布停运其在世界各地部署的全部钠硫电池储能电站。事故调查表明,由于钠硫电池的构造及工作原理,钠硫电池存在以下两大安全风险:1)钠硫电池使用金属钠和单质硫,化学活性强;2)由于钠硫电池的工作温度需达300~350℃,当电池单元着火时,火势容易向周围的其他电池单元蔓延。在发生事故的钠硫电池系统中存在1个“不合格”的钠硫电池单元,该电池单元的破损导致高温熔融物(液态的钠和硫)从内部流出,致使相邻的区块之间发生了短路。在发生火灾的同时,再加上熔融物流出,火势便蔓延到了整个储能电站。事故后,日本钠硫电池制造商推出钠硫电池安全防护强化措施,为每一节电池设置了防火板,电池元件之间增加了熔断器,在电池模块之间放置绝缘板,还在电池模块之间的上下方放置了防火板。

事实上,早在2007年,日本消防法修订了“与危险品限制相关的规定”,改为允许将不同种类的危险品装入同一容器内运输或储藏,(可燃性固体的)硫被定义为第二类危险品,(自燃性物质及禁水性物质的)钠被定义为第三类危险品。根据这一修订,只要容器及设置场所达到一定标准,即可安装部署钠硫电池。不过,此次事故说明钠硫电池的安全技术及火灾对策并不成熟。

为此,日本钠硫电池制造商在加强安全防护工艺的同时,还提出了钠硫电池储能电站安全强化对策,如“建立用来在早期发现火灾的监控体制”“设置灭火防火设备并建立灭火体制”,以及“制定火灾发生时的逃生线路并建立引导疏散体制”等。

在锂离子电池方面,未查到近年来有关日本电力储能系统电站方面的火灾报道,仅有其他领域的锂离子电池事故报道,比如2006年日本国内发生的首起索尼笔记本电池起火事件,以及2013年全日航空公司的波音787锂电池起火事件等。 l0uBDYrCOXrQfQg/BgDQd5I7rEYMykys+Atd6ht7yBlX0yRYBjE1bR7kKkQN0pju

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