團隊成員正在開展儲能電池熱失控試驗。

項目成果在南方電網寶塘儲能站工程示范應用。李冕祺攝

新型儲能作為我國快速發展的新興產業之一，正在能源綠色低碳轉型中發揮著重要支撐作用。保障儲能系統的安全運行成為產業高質量發展的重中之重。

近日，“鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術”項目順利通過綜合績效評價。“面對新型電力系統對儲能的規模化安全應用需求，項目構建了包括儲能系統設計、性能評價、監測預警、火災防控的全周期安全防控技術體系。這相當於給接入電力系統的新型儲能‘穿’了一層‘金鐘罩’。”項目執行負責人、南方電網儲能股份有限公司（以下簡稱“南網儲能公司”）儲能科研院副院長陳滿說。

該項目由南網儲能公司牽頭，中國科學技術大學、北京理工大學、天津消防研究所等單位聯合完成。

為儲能新技術應用把好“安全關”

“鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術”項目聚焦於攻克鋰離子電池儲能系統致災機理不清、故障難以診斷、事故難以預警、滅火困難且易復燃等火災防控難題，推動鋰離子電池儲能規模化安全應用。

5月下旬，在安徽省六安市的中國科學技術大學火災安全全國重點實驗室裡，一場230安時鈉離子儲能電池熱失控試驗正在共享平台上緊鑼密鼓地開展。該平台是我國首個兆瓦級全尺寸電池系統火災模擬試驗共享平台。

作為該項目的主要成果之一，全尺寸電池系統火災模擬試驗共享平台由近500立方米的主燃燒腔室、集裝箱燃燒腔室、大型量熱系統等綜合構成，可為儲能新技術的規模化應用進行試驗檢測，把好用於電力系統前的“安全關”。

“平台具備不同層級電池儲能系統火災抑制功能，覆蓋了我國新型儲能的全部滅火試驗需求。同時，平台可以開展過充、加熱、短路等至少3種故障條件下的熱失控火災試驗。”火災安全全國重點實驗室副研究員金凱強介紹。基於該平台的試驗分析成果，我國儲能系統的本體安全設計得以優化，尤其是在儲能裝置中創新應用的擾流柱結構液冷板、玻璃纖維氣凝膠等阻熱結構和材料，有效降低了儲能系統火災事故發生的幾率。

2023年7月投用以來，該平台已累計開展各類新型儲能火災試驗800余次，涵蓋鋰電池、鈉電池、固態電池等多種材料。“平台所積累的海量試驗數據本身就是一個‘富礦’。在此基礎上，我們編制了可供行業參考應用的電池儲能安全性能等級評價認証實施規則。”火災安全全國重點實驗室副研究員梅文昕表示。

提前15分鐘監測火災

除了提高儲能產品接入電網的“安全門檻”，對儲能裝置投運后的安全監測同等重要。

火災消防存在“黃金15分鐘”。“任何儲能裝置的火災爆炸都有一個演變過程。我們希望通過技術手段提前觀察到設備故障、熱失控、燃爆等事故發生前的征兆，做到提前預防、制止蔓延。”陳滿介紹，這樣不僅可留出15分鐘的處置時間，還能把缺陷故障對電力系統的影響降到最低，甚至是消除缺陷。

為此，項目團隊通過篩選、處理相關試驗數據，提出“電熱力聲氣光”六個維度的征兆獲取方法，並建立包含108條征兆的征兆集，征兆覆蓋了電池單體、電池模塊、電池系統等多個方面。

掌握征兆特征只是前提，能獲得征兆信息才是目的。“我們精准採集了各個電站470多萬個測點數據信息，並運用‘雲端’近1800萬個算法進行秒級大數據分析，建成了我國首個吉瓦時級新型儲能安全監測平台。”南網儲能公司儲能科研院數據資產研究所所長張豪告訴記者，該平台能夠幫助運維人員“足不出戶”地掌握儲能設備的健康狀態，准確率高達97.6%。

目前，該安全監測平台實時觀察著先期接入平台的8座電化學儲能站的運行狀態。其數據傳輸、狀態監測、故障診斷預警、事故還原等各項功能運行穩定。到2025年底，接入該平台的站點數預計將達到85座，總規模預計超過全國總量的2%。

首次應用無氟環保滅火材料

對於儲能系統，滅火裝備寧可備而不用，不可用而不備。項目團隊利用天津消防研究所的行業技術優勢，成功研發出世界首套基於液氮滅火抑爆的儲能系統。

該儲能系統不僅實現了無氟環保滅火材料在新型儲能領域的首次應用，還將扑滅電池初期火災時間縮短至5秒內，效率達到原來2倍以上。

“我們研發了儲能系統火災應急處置技術，建立了‘液氮—二氧化碳—水噴淋’聯合作用應急處置體系﹔突破了液氮承壓、貯存和制冷等關鍵技術，研發出液氮滅火抑爆樣機。項目提出的液氮與水噴淋共線輸送抗冰堵技術，實現了共線傳輸，提高了技術應用的經濟性。”火災安全全國重點實驗室研究員王青鬆介紹，運用這種新的滅火抑爆技術，扑滅火災后能確保儲能裝置不復燃、不爆炸。

目前，該套基於液氮滅火抑爆裝置已在華南、華東、西北多地試點示范應用，覆蓋電源側、電網側、用戶側等新型儲能在電力系統的各個節點。除了環保，新滅火技術規模化應用的成本可較現有技術降低30%，具有明顯的經濟優勢。

經過3年的技術攻關，“鋰離子電池儲能系統全壽命周期應用安全技術”項目形成了覆蓋新型儲能單體、系統、電站多個層級的成套安全防控技術成果，示范應用總規模超過1000兆瓦時，相當於新建了5座高安全的大型儲能電站。該項目不僅完成一系列關鍵技術創新，形成共性關鍵技術與裝備、支撐平台和標杆工程，且培養了一批儲能安全科技人才，實現了我國新型儲能安全防控的風險可知、征兆可感、火情可控，為產業高質量發展保駕護航。

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