我國電科院首席專家惠東

2019年五月18-二十日，中關村儲能產業技術聯盟、我國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，我國電科院首席專家惠東在會上發言。

東西還沒有徹底出來，實際上我們安全相關的檢測性工作開展得不是特別足，我今天想發言的題目是：電力儲能中的安全問題及應對技術。

四方面，一是電力儲能的安全問題。

電力儲能安全問題有很多，今天會把話題變得更窄一些，儲能安全可能有電氣安全、化學安全、機械安全，說得更窄一些，跟火災或失火相關的安全。大家看一張圖，美國早期應用比較多，也出了很多問題。美國特別在2013年以后，當然美國的標準等一會兒樂首席會講，安全這塊美國比較重視，專門做了美國標準的技術路線圖。到2017年，有關開發、設計、安裝、運維、事故升級，甚至到教育擴展，美國都開始有相關的有條理的、有體系的對安全問題的布局。

我們對安全問題，儲能電站的安全事故，往往都是在預警缺失或滯后的情況下，電池，重點說是鋰離子電池本身失控引發出來的，包括蔓延。現有消防措施并非對火災配置，陸續出現一些火災。包括最終演變為大火災，整個事情的發生。

說起來電池風險的根源，鋰離子比較多，電激源、熱激源、機械激源，還有電池自身、系統內其他部件、環境原因。

從安全原因來講，內因肯定鋰離子自身的問題。無論如何，現有的鋰離子怎么改變，由于鋰離子電池是有機電解液體系這件事情發生，這是它的根源。存在溫度過高或過充電時，電解液表現分解是核心原因。

假如是電池內部出現某種，由于內短路或制劑各方面引起，如硫酸鋰發生反應，進一步發熱，其他電化學反應可能發熱量更大，更大時，會在一定溫度上釋放氧氣。我們點汽油，汽油一定會著。但把汽油的氧隔絕一定會滅，電池一旦著起來，還要自吸氧。這是鋰離子電池的原因。

可能因為過充過熱產生一系列的原因，不僅帶來熱量，可能后期過程中還會釋放氧氣，使鼓掌放大產生爆炸，這是放熱副反應，有工藝問題、材料體系問題，也有應用問題，包括低溫充電、大電流充電、負極性能衰減過快，振動、跌落等。

圍繞這樣一些東西，有安全性整體對應的東西。一是從電池那塊去解決，我不是做電池的，那塊的事進不太清楚。對儲能本體應用，一般有四種措施：一是通過檢測技術，去甄別這個東西能不能使?另外有預警技術、防護技術、消防技術。

事實上，在2018年公布的《電力儲能鋰離子電池》國標來看，有一條非常重要的內容，就是關于熱失控的檢測，這是目前來講，關于電力儲能應用中間，關于電池安全的。第一，我們是有標準的，第二，是有檢測機構來做這件事。這是第一關，比較重要的熱失控是有嚴格步驟和規定做這件事。除了單體還有模塊相應的測試方法和步驟還有要求。

這種要求我們做了相當多的試驗，也有人到相關部門到相關質檢中心做了相關檢測，真有相當多的電池沒有過，出現熱失控，沒有過這條標準。最近發生了幾起事故，我們知道最近發生一到兩起磷酸鐵鋰小范圍的事故，后來調研，這些東西都是在我們這做檢測沒有過的。不能說過了一定怎么樣，確實我們聽說的是沒有過的這些東西。而這個標準，現在來看，對很多三元的電池是很難過去的，現有三元型電池做儲能很難過去，不是有歧視性，這個標準是做大量試驗做出來的。

恰恰出現大量的儲能電站事故基本都是三元電池，某國1000多個儲能電站，從去年到今年發生26起還是28起，其中10兆瓦以上儲能電站有20個，毫無例外的都是三元型電池。

是不是磷酸鐵鋰很安全?這些指標磷酸鐵鋰比三元指標性能優得多，正極材料是一部分，理論上磷酸鐵鋰也不是絕對安全，只能是相對安全。

剛才講了，通過安全檢測并不一定代表使用過程中間就非常安全，就不要安全防護，其實安全只是一個概率問題。而且現有的我們檢測的方法，是現在有逐步的檢測方法，但第一個檢測方法，是不是目前一定是終極的檢測方法，我們還要探討，因為電池在不斷改進。第二，即使檢測方法公布了，相關的東西在入網條件或組成條件上，是不是采用一定相關標準測試，這個也有待于加強考核。

電池一旦局部開始著了，假如未能得到及時的抑制，顯然會不斷蔓延。蔓延有幾種方法，一是整體的去滅火，還有一個針對性的滅火，在它初期造成對它補救比較大。

從防止蔓延角度來講，電池的安全到底有沒有那么恐慌?回頭還要談論這個問題，單純從工藝上能不能解決?剩下還有這些防護：第一，預防。前一段檢測入網是更高層面的預防，那些東西不讓它進來，一旦進來以后，從安全預警、安全防護、消防滅火這三方面形成整個安全問題的應對措施。

從安全預警角度來講，現有的，電池內部電化學這件事，從已有的東西來看，判斷電池異常，包括這幾個層次來看，來進行分級，我們想這樣去做。另外，希望預防能達到對熱失控的預判，這是我們從對預防的情況來看。第二，能對故障電池位置有效識別。

從防護來看，我們希望能夠防止電池的電濫用、熱濫用和機械濫用。最后機械濫用在儲能電站發生概率比較低一些，更多是電濫用、熱濫用較多。防止絕緣性降低造成閃弧短路等，這是從防護需求來看。

從滅火需求來看，其中比較重要的，與電池、火災相匹配的滅火技術，另外良好的滅火效果，快速滅火還有長時間抑制這件事。與電池相匹配的技術來看，像電化學、電池這種滅火，帶有自吸氧反應的活動。滅火的介質，一是快速降溫能夠帶走熱量，二是能抑制相應的自吸氧反應的方式。

我們也有相關工作，關于電池的預警做過，如對電池過充、過放、過熱、內短路、破損、絕緣性降低都有相應辦法。有很多預警系統做在相關的里面，這里面可能有很多，對電池預警還是帶有經驗性的，我感覺關于電池能夠做成預警，現在來看，這是火災前的現場，這個預警帶有一定的發生。事實上氣體感，現在來看對氣體感可能的手段，對電池發生事故現在的預判技術不是特別成熟。

關于防護，重要考慮幾方面：防爆的設計，電池本身這塊。熱失控的阻斷，電池的結構設計，從這里面做預防。這就要求我們采用吸熱材料，或定向散熱方式，一方面形成熱隔離，另一方面形成熱疏導，這兩個看似矛盾的事情。

另外，消防技術。消防技術針對滅火，現有比較多的，關于電化學系統六氟丙烷、七氟丙烷等。最近做了很多實踐，七氟丙烷還是有抑制作用的，初期抑制能針對性做了，還真是有一定技術。現在七氟丙烷使用方式問題比較大，漫灌式，通過阻隔箱里氧氣含量滅火。這是不對的，假如七氟丙烷管道式的噴灑，短時間帶走一部分熱量，七氟丙烷畢竟是氣體。如這件事認為七氟丙烷對滅火效果不太好，這實際上是使用方式的問題。

1230是無色無味殘留氣體，1230具有極好吸熱性，降溫到滅火效果做實驗，也是在初期。1230沸點只有49度，很容易揮發。即使當時起到滅火作用，是不是還有復燃問題?氣溶膠，確實有電化學氣象抑制作用，但降溫不太好，所以附帶抑制也有一定的作用。

因為我是我國電力科學研究院的首席技術專家，我所在的團隊近年來做了很多電池安全相應的工作，不是今年應景把我們的成果拿出來給大家講。在電化學安全上，國網真是不差錢，從2011年、2012年起，每年國網至少布局300萬到500萬的課題，每年都有這個課題，從各個方面，從最簡單的東西起。我們這些人是不是特別專業不好講，但我們做的工作承擔得多。我在西山炸掉的電池有500萬元，至少我們努力做了相關工作。

首先我們做了很多關于燃燒爆炸過程和現象的分析，這里涵蓋易燃性、釋熱性等。包括相關的結論，安全性的定點熱失控臨界點判定，這個項目是國家重點研發機構，大容量鋰離子這件事工作中的一部分相關工作。

關于整個過程的燃燒，電池的熱特性這件事，我們做了很大的相關工作。剛才說溫感、氣感、煙感等混合式開發了一些相關裝置。

此外，針對儲能關于防護的問題上，利用EPDM為主的材料，加入功能添加劑，做了防治工作，這種防治對熱失控蔓延有比較好的作用。另外對組熱仿真平臺建設，而且仿真過程中執行驗證性工作。

在這個基礎上，設計電管理、熱管理和安全防護的樣機，開展相關試驗，如樣機過程包含比較好的，一是把熱過程進行仿真，包括對防護進行相關設計。從開展實驗來看，沒有發生有意地觸發電池。周邊來看，以這個技術，熱失控效果比較好。并不是一個圖片代表技術解決了，確實做了大量相關工作，對里面技術、參數配置這些問題已經摸得很清楚。

另外，滅火技術。剛才講有幾種滅火劑，剛才講六氟丙烷、七氟丙烷、1230等。最近結合煙感報警裝置集合到一起，最近找到一種氟系列液態滅火方式，采用氣液復合滅火劑，六氟丙烷、七氟丙烷、1230都是氟系列產品，因為氟比較穩定，氟系列帶走熱量比較大。氟系列液體性的東西帶走熱量是六氟丙烷700倍以上，使表面溫度獲得大大降低。另外氟系列對阻止吸氧反應效果比較明顯。基于此，做了相關東西，這是我們做的消防滅火的裝置系統。

這是氣液滅火負荷當年的容量。這在西山做了N次實驗，國家消防質量檢測中心進行檢測。檢測的結果是裝置自動響應時間為0.5s，滅火用3.5s，可以抑制24h不復燃，這真等了24h做相關滅火工作。

如2兆瓦甚至以上規模，如一個集裝箱可能配置80到150L的東西，事實上80L可以對付這個東西，為何配150L，為防止復燃還有東西噴過去。有中型的、小型的。

針對不同的東西，它的布局結構都有要做的內容性的工作。目前看，下一步會有相當多的地方，示范項目中間開始率先得到使用。目前來看，滅火這件事可能最終，假如我們能形成這種閉環，當然能把問題解決是最好的，真正說到火災擴展到爆炸燃燒中，顯然采取外部措施。一個大型水電站還是要和消防進水結合起來，那是最后一步，防止次生災害外一步來看。從現在做的實驗來看，能夠越在早期控制燃燒，針對性地控制燃燒，所要的劑量比較小、控制成本比較高。最大問題對現有電池吸氧影響做了改變，直接把管道噴到模塊里，當時滅了就完了，要的液比較少，這和傳統目前已經有的標準結構發生了比較大的變化。

我看到有別的國家在做局部性這種方式，它這種方式只是用六氟丙烷、七氟丙烷這樣做效果比較好，初期得到抑制，確實燃燒了。

我的報告就到這。