電信級(jí)安全鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)研究與應(yīng)用分析報(bào)告

1、鋰電池儲(chǔ)能安全-電信級(jí)安全鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng) 研究與應(yīng)用2022.9.9杭州第十二屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)CONTENTS目錄04四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)0 3三、鋰電池安全隱患分析0 2二、電化學(xué)儲(chǔ)能01一、背景介紹五、鋰電池安全對(duì)策05一、背景介紹應(yīng)急備電儲(chǔ)能的價(jià)值技術(shù)層面儲(chǔ)能價(jià)值調(diào)峰調(diào)頻削峰填谷永不掉電經(jīng)濟(jì)層面儲(chǔ)能價(jià)值穩(wěn)定電網(wǎng)效率最優(yōu)0814172224電價(jià)時(shí)間1.11元0.67元0.34元19 電池充電時(shí)間 儲(chǔ)能放電時(shí)間峰平谷一、背景介紹發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展發(fā)展領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景電網(wǎng)側(cè)用戶側(cè)投入產(chǎn)出減少棄電保持均衡峰谷差價(jià)一、背景介紹回顧歷史展望未來(lái)二、電化學(xué)儲(chǔ)能新能源穩(wěn)定與消納需要電化學(xué)儲(chǔ)能電化學(xué)儲(chǔ)能存

2、在的必要性風(fēng)電受風(fēng)速影響極大鋰電池是目前技術(shù)最成熟和產(chǎn)業(yè)鏈最完整的電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)品消費(fèi)電池鋰電池是電化學(xué)儲(chǔ)能主力軍有諸多優(yōu)點(diǎn)充放電次數(shù)多光伏受云霧影響極大動(dòng)力電池儲(chǔ)能電池充放電無(wú)縫轉(zhuǎn)換能量密度適中光伏風(fēng)電項(xiàng)目配電化學(xué)儲(chǔ)能是政策規(guī)定性價(jià)比優(yōu)勢(shì)產(chǎn)銷量巨大產(chǎn)業(yè)鏈全面適應(yīng)面廣泛二、電化學(xué)儲(chǔ)能三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相愛(ài)相殺鋰電池儲(chǔ)能的發(fā)展前景國(guó)家能源局2022年發(fā)布防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見(jiàn)稿)提出：中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池最初磷酸鐵鋰勇敢突破中途三元鋰電異軍突起近年磷酸鐵鋰艱難爭(zhēng)先今年鐵鋰三元名分已定磷酸鐵鋰安全 可控經(jīng)濟(jì)實(shí)惠里程焦慮引導(dǎo) 選擇

3、三元鋰電火災(zāi)難防迫使 拋三元擇鐵鋰發(fā)改文件大站禁用三元鈉硫鐵鋰不徹底解決安全隱患也難發(fā)展壯大鐵鋰采用液體電解質(zhì)，電極隔膜電解質(zhì)易燃國(guó)外儲(chǔ)能起火案例：美國(guó)韓國(guó)澳大利亞國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能起火案例：北京南三環(huán)江蘇鎮(zhèn)江二、電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)電側(cè)大量標(biāo)配鋰電池儲(chǔ)能站鋰電池應(yīng)用的廣泛性發(fā)展新能源的剛需配置標(biāo)準(zhǔn)：按 風(fēng)電光伏峰瓦容量15%、放 電2h-4h配儲(chǔ) 能配置規(guī)模：十四 五新能源12億KW，意味著儲(chǔ) 能需要180GW、3.6億KWh電網(wǎng)側(cè)曾經(jīng)規(guī)劃標(biāo)配鋰電池儲(chǔ)能站電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的剛需2018年電網(wǎng)側(cè) 投了近500億元建電化學(xué)儲(chǔ)能 新高潮，后被 上級(jí)緊急叫停電網(wǎng)側(cè)因?yàn)槌樗?能電站發(fā)電響應(yīng)速度偏慢，應(yīng)該還是 需要一批自用

4、電化 學(xué)儲(chǔ)能做調(diào)峰調(diào)頻用戶側(cè)大建分布式鋰電儲(chǔ)能有強(qiáng)大政策利益驅(qū)動(dòng)力2021年分時(shí)電 價(jià)政策橫空出世，分布式儲(chǔ) 能削峰填谷終 于可收支平衡獨(dú)立純儲(chǔ)能或 光儲(chǔ)一體能成為主流，但運(yùn) 營(yíng)商更需要備 光儲(chǔ)一體過(guò)充環(huán)境過(guò)溫外部短路機(jī)械變形穿刺電芯內(nèi)部缺陷電芯內(nèi)部短路/電芯發(fā)熱溫度上升產(chǎn)生可燃?xì)怏w起火或爆燃進(jìn)入輕度熱失 控自發(fā)熱階段進(jìn)入電解液正極隔膜 材料化學(xué)分解階段進(jìn)入嚴(yán)重破 壞性后果鋰電池起火機(jī)理研究分析各種鋰電池絕熱熱失控（ARC）測(cè)試結(jié)果電池類型安全點(diǎn)（）風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)（）磷酸鐵鋰130260三元（532）115231三元（811）105209三、鋰電池安全隱患分析只有避免進(jìn)入嚴(yán)重高溫?zé)崾?控，電芯才能 確

5、保足夠安全電芯短路發(fā)熱電芯產(chǎn)生可燃?xì)怏w空氣中的氧氣消除可燃物：目前技術(shù)水平限制，要消除可燃物在材料學(xué)方面基本不可行消除高溫?zé)嵩矗耗壳凹夹g(shù)水平限制，要徹底 消除高溫?zé)嵩丛诓牧蠈W(xué)方面基本不可行，但 加強(qiáng)電芯散熱控制似乎可行消除助燃物：完全可行，方法多種多樣遵從消防燃燒學(xué)基本原理理論上，燃燒三要素只要消除一個(gè)要素，就不會(huì)起火燃燒或即使起火了也不繼續(xù)燃燒燃燒三要素暴露在空氣中電芯穿刺測(cè)試10三、鋰電池安全隱患分析實(shí)踐中，正常使用的鋰離子電池基本都滿足燃燒三要素 條件，都可能發(fā)生冒煙起火事件三、鋰電池安全隱患分析液體控溫隔氧防火方案鋰電池多種滅火方案論證氣體降溫阻氧滅火方案液體容量多少才夠？如何觸發(fā)告警

6、？如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)作？ 如何保障可靠性1、耐高溫絕緣液體方案2、普通自來(lái)水方案1、七氟丙烷氣體方案2、全氟己酮?dú)怏w方案氣體總量多少才夠？模塊內(nèi)能容納多少氣體？需要多高溫火焰才能燒破氣體軟管？ 氣體能否解決電芯復(fù)燃難題？四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)鐵鋰電芯內(nèi)燃燒三要素同樣存在，電荷、 電極、隔膜、電解液等都是三要素內(nèi)容， 從物理化學(xué)原理看不存在沒(méi)有起火隱患的 鐵鋰電芯，只是冒煙起火的概率大小而已誤區(qū)1：要求鐵鋰電芯很安全、不起火充放電過(guò)程即是極板發(fā)生變化過(guò)程，再好的極板使用不當(dāng)，也是會(huì)發(fā)生不可逆變化電芯不安全不代表不能用，鐵鋰電芯總比汽油安 全，但通信局站各行各業(yè)都在使用汽油，關(guān)鍵是 使用過(guò)程外部有足夠

7、安全的額外防護(hù)措施和正確 的使用方法就目前技術(shù)而已，使用鋰電芯過(guò) 程的安全性不該依賴電芯自己的 安全性，就像使用汽油過(guò)程的安 全性不依賴汽油的安全性一樣難道有人會(huì)希望 現(xiàn)在找到一種不 起火的汽油嗎？四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)現(xiàn)在經(jīng)常拿單個(gè)電芯進(jìn)行穿刺測(cè)試，結(jié)果 顯示電芯只冒煙、不起火，但測(cè)試過(guò)程電 芯發(fā)熱可以快速向周圍空氣擴(kuò)散，而實(shí)際Pack中電芯密集堆疊，電芯熱量是不容易 散出去的，溫度不同意味著起火概率不同誤區(qū)2：電芯測(cè)試不起火代表整組使用不起火電芯穿刺短路必然產(chǎn)生大量熱量和高溫氣體，電芯內(nèi)部溫度可達(dá)幾百度。如果熱量散發(fā)很快，只能是內(nèi)部高溫、外部相對(duì)低溫，有可能達(dá) 不到起火條件；但如果熱量

8、散不出去，整個(gè)電芯內(nèi)外都將處于高溫狀態(tài)，可能滿足起火條件真正安全的鋰電池模塊應(yīng)該是在整組 電芯正常工作時(shí)，Pack最內(nèi)部的電芯 熱失控或穿刺發(fā)熱也不起火四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)大極板少層數(shù)電芯比小極板多層數(shù)電芯在 穿刺時(shí)發(fā)熱劇烈程度不一樣，因?yàn)殡娦径?路發(fā)熱大小與短路點(diǎn)多少?gòu)?qiáng)關(guān)聯(lián)。但實(shí)際 使用過(guò)程極板長(zhǎng)枝晶多少則是按面積來(lái)的，因此長(zhǎng)枝晶多少只與容量大小強(qiáng)關(guān)聯(lián)。誤區(qū)3：大極板少層數(shù)容易通過(guò)穿刺測(cè)試實(shí)際使用過(guò)程，因?yàn)殡姵刭|(zhì)量問(wèn)題或使用不 當(dāng)問(wèn)題，要長(zhǎng)枝晶必然是全部電極板都長(zhǎng)， 因此某些電芯即使通過(guò)了穿刺測(cè)試，實(shí)際環(huán) 境中也可能由枝晶造成的熱失控過(guò)大還是控 制不住，仍然會(huì)冒煙起火的。測(cè)試過(guò)程：大極

9、板少層 數(shù)電芯短路點(diǎn)少，總發(fā) 熱功率也小，但放電時(shí) 間要更長(zhǎng)測(cè)試過(guò)程：小極板多層 數(shù)電芯短路點(diǎn)多，總發(fā) 熱功率大，但放電時(shí)間 很短電芯真正安全性應(yīng)該以內(nèi)部大部分極板面積、嚴(yán)重的熱失 控發(fā)熱帶來(lái)的危險(xiǎn)性為對(duì)象開展評(píng)估，標(biāo)準(zhǔn)的穿刺測(cè)試是 一個(gè)基本對(duì)標(biāo)測(cè)試，與某些真實(shí)情況不一定完全吻合四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)我國(guó)消防安全一向倡導(dǎo)“預(yù)防為主“，但很 多時(shí)候?qū)嶋H上只重視滅火，對(duì)預(yù)防起火重 視不足。造成先起火再滅火的事件發(fā)生路 徑，表面上看起來(lái)滅火方法很到位、滅火 力度也很猛，但這樣的方案實(shí)際上不大符 合電信級(jí)機(jī)房安全要求的。誤區(qū)4：重視滅火甚于防火電信級(jí)消防安全要求，是抓早抓小、不見(jiàn)火焰。見(jiàn)火滅火的方

10、案不利于機(jī)房安全。既然鋰電池內(nèi)部發(fā)熱不可避免、先起火再滅火方案 又不甚理想，只能在提早防范方面做文章了四、鋰電池安全方面幾個(gè)誤區(qū)一些單位做鋰電產(chǎn)品滅火測(cè)試時(shí)雖然想辦 法讓電芯燒起來(lái)了，滅火措施也達(dá)到了滅 火目標(biāo)，但這個(gè)火焰是外部引燃的，不是 內(nèi)部熱失控造成的。外部引起的火焰撲滅 了可能不復(fù)燃，但電芯內(nèi)部熱失控短路發(fā) 熱引起的火焰，即使滅火了，如果內(nèi)部短 路狀態(tài)沒(méi)有消除，發(fā)熱繼續(xù)存在，理論上 還是會(huì)復(fù)燃的，只是復(fù)燃的概率大小而已誤區(qū)5：能滅火的就是一定有效的鋰電池模塊是密閉空間內(nèi)的 、高度密集的含 能自發(fā)熱設(shè)備，不能將用在普通電氣設(shè)備行 之有效的消防方案搬到鋰電池產(chǎn)品五、鋰電池安全對(duì)策引入甚早期管理理念甚早期（Very Early）是消防安全 新理念，目前很多重要通信機(jī)房和 數(shù)據(jù)中心要求在原有建筑消防系統(tǒng) 基礎(chǔ)上增加甚早期煙感報(bào)警系統(tǒng)（典型產(chǎn)品為VESDA）甚早期告警甚早期控溫甚早期防火VESDA利用甚早期報(bào)警，提前發(fā)現(xiàn)了機(jī)房 細(xì)微火災(zāi)隱患，局方有時(shí)間及時(shí)處理，不 至于發(fā)展到火焰階段。成功案例數(shù)不勝數(shù)建筑消防告警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)都是采用 判斷有煙霧火焰再滅火的流程，滅火難 度遠(yuǎn)比滅早期火苗大，比消除起火隱患 難度更大安全鋰電采用甚早期