中国科大参与研究 给新型储能系统“穿”上“金钟罩”

团队成员(chéngyuán)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(xīnxīngchǎnyè)之一，正在能源绿色低碳转型中发挥(fāhuī)着重要支撑作用。保障储能系统的安全运行成为产业高质量(gāozhìliàng)发展的重中之重。

　　近日，“锂离子电池储能(chǔnéng)(chǔnéng)系统全寿命周期应用安全技术”项目顺利通过综合绩效评价。“面对(miànduì)(duì)新型(xīnxíng)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、火灾防控的全周期安全防控技术体系。这(zhè)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”）储能科研院副院长陈满说。

　　该(gāi)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(běijīnglǐgōngdàxué)、天津消防研究所等单位联合完成。

　　为储能新技术应用(yìngyòng)把好“安全关”

　　“锂离子电池储能系统全寿命周期应用安全技术”项目聚焦于(yú)攻克锂离子电池储能系统致灾(zhìzāi)机理(jīlǐ)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(nántí)，推动锂离子电池储能规模化安全应用。

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

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

　　“平台(píngtái)具备不同层级电池储能系统火灾抑制功能，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(guòchōng)、加热、短路等至少(zhìshǎo)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(shíyànshì)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应用的扰流柱结构(jiégòu)液冷板、玻璃纤维气凝胶等阻热结构和材料(cáiliào)，有效降低了储能系统火灾事故发生的几率。

　　2023年7月投用以来，该平台已累计开展各类新型储能(chǔnéng)火灾试验800余次，涵盖锂电池、钠(nà)电池、固态电池等多种材料。“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(wǒmen)编制了可供行业参考应用的电池储能安全(ānquán)性能(xìngnéng)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表示。

　　提前15分钟监测火灾(huǒzāi)

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

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

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

　　掌握征兆特征只是前提(qiántí)，能获得征兆信息才是目的。“我们精准采集了各个电站(diànzhàn)470多万个测点数据信息，并(bìng)运用‘云端’近1800万个算法进行秒级大数据分析，建成了我国首个吉瓦时级新型(xīnxíng)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(zhāngháo)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(gāodá)97.6%。

　　目前，该安全监测平台实时观察着先期接入平台的8座电化学储能站的运行(yùnxíng)状态。其(qí)数据传输、状态监测、故障诊断预警、事故(shìgù)还原等(děng)各项功能运行稳定。到2025年底，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(huánbǎo)灭火材料

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

　　该储能系统不仅实现了无氟环保(huánbǎo)灭火材料在新型储能领域的首次应用，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(bèi)以上。

　　“我们研发了储能系统火灾应急(yìngjí)处置技术，建立(jiànlì)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，研发出液氮灭火抑爆样机。项目提出的(de)液氮与水喷淋共线输送抗冰堵技术，实现(shíxiàn)了共线传输，提高了技术应用的经济性。”火灾安全全国重点实验室研究员王青松介绍，运用这种新(xīn)的灭火抑爆技术，扑灭火灾后能确保储能装置(zhuāngzhì)不复燃、不爆炸。

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

　　经过(jīngguò)3年的技术攻关(gōngguān)，“锂离子电池储能系统全寿命周期应用安全技术”项目形成(xíngchéng)了覆盖新型储能单体、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，相当于新建了5座高安全的大型储能电站。该项目不仅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(píngtái)和标杆工程，且(qiě)培养了一批(yīpī)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(fǎng) 李冕祺摄(lǐmiǎnqíshè)）