中国科大参与研究 给新型储能系统“穿”上“金钟罩”

团队(tuánduì)成员正在开展储能电池热失控试验。

项目成果(chéngguǒ)在南方电网宝塘储能站工程示范应用。

　　新型储能作为我国快速发展的新兴产业之一，正在能源绿色低碳(dītàn)转型中(zhōng)发挥着重要(zhòngyào)支撑作用。保障储能系统的安全运行成为产业高质量发展的重中之重。

　　近日，“锂离子电池储能(chǔnéng)系统全寿命周期应用安全技术(jìshù)”项目(xiàngmù)顺利通过综合绩效评价。“面对新型电力系统对储能的规模化安全应用需求，项目构建了包括储能系统设计、性能评价、监测预警、火灾防控(fángkòng)(fángkòng)的全周期安全防控技术体系。这相当于给接入电力系统的新型储能‘穿’了一层‘金钟罩’。”项目执行负责人、南方电网储能股份有限公司（以下简称“南网储能公司”）储能科研院(yuàn)副院长陈满说。

　　该项目由南网储能公司牵头，中国科学技术大学、北京理工大学、天津(tiānjīn)消防研究所等(děng)单位联合完成。

　　为储能新技术应用把好(hǎo)“安全关”

　　“锂离子电池储能(chǔnéng)系统全(quán)寿命周期应用安全技术(jìshù)”项目聚焦于(yú)攻克锂离子电池储能系统致灾机理不清、故障难以诊断、事故难以预警、灭火困难且易复燃等火灾防控难题，推动锂离子电池储能规模化安全应用。

　　5月(yuè)下旬，在安徽省六安市的中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室里，一场230安时钠离子储能电池热失控试验正在共享(gòngxiǎng)平台(píngtái)上紧锣密鼓地开展。该平台是我国首个兆瓦(zhàowǎ)级全尺寸电池系统火灾模拟试验共享平台。

　　作为(zuòwéi)该项目的主要成果之一，全尺寸电池系统火灾模拟试验共享平台由近500立方米(lìfāngmǐ)的主燃烧腔室、集装箱燃烧腔室、大型量热(rè)系统等综合构成，可为储能新技术的规模化(guīmóhuà)应用进行试验检测，把好用于电力系统前的“安全关”。

　　“平台具备不同层级电池储能系统火灾(huǒzāi)抑制功能，覆盖了我国新型储能的全部灭火试验需求。同时，平台可以开展过充、加热、短路等(děng)(děng)至少3种故障条件下的热失控火灾试验。”火灾安全全国重点实验室副研究员金凯强介绍。基于该平台的试验分析成果(chéngguǒ)，我国储能系统的本体安全设计得以优化，尤其是在储能装置中创新(chuàngxīn)应用的扰流柱结构液冷板、玻璃纤维气凝胶等阻热结构和(hé)材料，有效降低了储能系统火灾事故(huǒzāishìgù)发生的几率。

　　2023年7月投用以来，该平台(píngtái)已累计开展各类新型储能(chǔnéng)火灾试验800余次，涵盖(hángài)锂电池、钠电池、固态电池等多种(duōzhǒng)材料。“平台所积累的海量试验数据本身就是一个‘富矿’。在此基础上，我们编制了可供行业参考应用的电池储能安全性能等级评价认证实施规则。”火灾安全全国重点实验室副研究员梅文昕(méiwénxīn)表示。

　　提前15分钟监测(jiāncè)火灾

　　除了提高储能产品接入电网的“安全(ānquán)门槛”，对储能装置投运后的安全监测同等重要(zhòngyào)。

　　火灾(huǒzāi)消防存在“黄金15分钟”。“任何(rènhé)储能装置的火灾爆炸都有一个演变过程。我们希望通过技术手段(jìshùshǒuduàn)提前观察到设备故障、热失控、燃爆等事故(shìgù)发生前的征兆，做到提前预防、制止蔓延。”陈满(chénmǎn)介绍，这样不仅可留出15分钟的处置时间，还能把缺陷故障对电力系统的影响降到最低，甚至是消除缺陷。

　　为此，项目团队通过筛选、处理相关试验数据，提出“电热力声气光”六个(liùgè)维度的征兆获取方法，并建立包含108条征兆的征兆集，征兆覆盖了电池(diànchí)单体、电池模块、电池系统(xìtǒng)等多个方面。

　　掌握征兆特征只是(zhǐshì)前提，能获得征兆信息才是目的。“我们(wǒmen)精准采集了各个电站(diànzhàn)470多万个测点数据信息，并运用‘云端’近(jìn)1800万个算法进行秒级大数据分析(shùjùfēnxī)，建成了我国首个吉瓦(jíwǎ)时级新型储能安全监测平台。”南网储能公司储能科研院数据资产研究所所长张豪告诉记者，该平台能够帮助运维人员“足不出户”地掌握储能设备的健康状态，准确率高达97.6%。

　　目前，该安全监测平台实时观察着先期(xiānqī)接入(jiērù)平台的8座电化学储能站的运行状态(zhuàngtài)。其数据传输、状态监测、故障诊断预警、事故还原等各项功能运行稳定。到2025年底(niándǐ)，接入该平台的站点数预计将达到85座，总规模预计超过全国总量的2%。

　　首次应用无氟环保灭火材料(cáiliào)

　　对于储能系统，灭火装备宁可备而不用，不可用而不备。项目团队利用天津消防(xiāofáng)研究所的行业技术优势，成功研发出世界首套基于液氮(yèdàn)灭火抑爆(yìbào)的储能系统。

　　该储能系统不仅实现了无氟环保灭火材料在新型(xīnxíng)储能领域(lǐngyù)的首次应用，还将(jiāng)扑灭电池初期火灾时间缩短至5秒内，效率达到原来2倍以上。

　　“我们研发了储能系统火灾应急处置技术(jìshù)，建立了‘液氮—二氧化碳—水喷淋’联合作用应急处置体系；突破了液氮承压、贮存和制冷等关键技术，研发出液氮灭火(mièhuǒ)抑爆样机。项目提出的液氮与水喷淋共线输送抗冰堵技术，实现了共线传输，提高(tígāo)了技术应用(yìngyòng)的经济性。”火灾安全(ānquán)全国重点实验室研究员王青松介绍，运用这种新的灭火抑爆技术，扑灭火灾后能确保储能装置不复燃、不爆炸(bàozhà)。

　　目前，该套基于液氮灭火抑爆装置已在华南、华东、西北多地试点示范应用(yìngyòng)，覆盖电源侧、电网侧、用户侧等新型储能在电力系统的各个(gègè)节点。除了环保，新灭火技术(jìshù)规模化应用的成本(chéngběn)可较现有技术降低30%，具有明显的经济优势。

　　经过3年的技术攻关，“锂离子电池储能(chǔnéng)系统全(quán)寿命周期应用(yìngyòng)安全技术”项目形成了(le)覆盖新型储能单体、系统、电站多个层级的成套安全防控技术成果，示范应用总规模超过1000兆瓦时(shí)，相当于新建(xīnjiàn)了5座高安全的大型储能电站。该项目不仅(bùjǐn)完成一系列关键技术创新，形成共性关键技术与装备、支撑平台和标杆工程(gōngchéng)，且培养了一批储能安全科技人才，实现了我国新型储能安全防控的风险可知、征兆可感、火情可控，为产业高质量发展保驾护航。（来源：科技日报 记者 叶 青 通讯员 黄 昉 李冕祺摄）