鋰電池儲能安全-電信級安全鋰電儲能系統研究與應用--賴世能公開.pdf

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1、賴世能中國電信研究院鋰電池儲能安全-電信級安全鋰電儲能系統研究與應用2022.9.9 杭州第十二屆中國國際儲能大會CONTENTS目錄04四、鋰電池安全方面幾個誤區0 3三、鋰電池安全隱患分析0 2二、電化學儲能01一、背景介紹五、鋰電池安全對策05一、背景介紹技術層面應急備電儲能的價值儲能價值調峰調頻削峰填谷經濟層面永不掉電儲能價值穩定電網效率最優0814172224電價時間0 0.3434元元0 0.6767元元1 1.1111元元19儲能放電時間電池充電時間峰峰平平谷谷一、背景介紹發展領域發電側儲能的發展應用場景電網側用戶側投入產出減少棄電收益來源保持均衡峰谷差價一、背景介紹回顧歷史展望

2、未來二、電化學儲能新能源穩定與消納需要電化學儲能電化學儲能存在的必要性風電受風速影響極大鋰電池是目前技術最成熟和產業鏈最完整的電化學儲能產品消費電池鋰電池是電化學儲能主力軍有諸多優點充放電次數多光伏受云霧影響極大動力電池儲能電池充放電無縫轉換能量密度適中光伏風電項目配電化學儲能是政策規定性價比優勢產銷量巨大產業鏈全面適應面廣泛二、電化學儲能三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相愛相殺三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池相愛相殺鋰電池儲能的發展前景國家能源局2022年發布防止電力生產事故的二十五項重點要求(2022年版)(征求意見稿)提出：中大型電化學儲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

3、異軍突起近年磷酸鐵鋰艱難爭先今年鐵鋰三元名分已定磷酸鐵鋰安全可控經濟實惠里程焦慮引導選擇三元鋰電火災難防迫使拋三元擇鐵鋰發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展壯大鐵鋰不徹底解決安全隱患也難發展壯大鐵鋰采用液體電解質，電極隔膜電解質易燃國外儲能起火案例：美國韓國澳大利亞國內儲能起火案例：北京南三環江蘇鎮江二、電化學儲能發電側大量標配鋰電池儲能站發電側大量標配鋰電池儲能站鋰電池應用的廣泛性發展新能源的剛需配置標準：按風電光伏峰瓦容量15%、放電2h-4h配儲能配置規模：十四五新能源12億KW，意味著儲能需要180GW、3.6億KWh電電網側曾經規劃標配鋰電池儲能站網側曾經規劃標配鋰

4、電池儲能站電網調峰調頻的剛需2018年電網側投了近500億元建電化學儲能新高潮，后被上級緊急叫停電網側因為抽水蓄能電站發電響應速度偏慢，應該還是需要一批自用電化學儲能做調峰調頻用戶側大建分布式鋰電儲能用戶側大建分布式鋰電儲能有強大政策利益驅動力2021年分時電價政策橫空出世，分布式儲能削峰填谷終于可收支平衡獨立純儲能或光儲一體能成為主流，但運營商更需要備光儲一體過充環境過溫外部短路機械變形穿刺電芯內部缺陷電芯內部短路/電芯發熱溫度上升產生可燃氣體起火或爆燃進入輕度熱失控自發熱階段進入電解液正極隔膜材料化學分解階段進入嚴重破壞性后果鋰電池起火機理研究分析各種鋰電池絕熱熱失控（ARC）測試結果電池

5、類型安全點（）風險點（）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入嚴重高溫熱失控，電芯才能確保足夠安全電芯短路發熱電芯產生可燃氣體空氣中的氧氣 消除可燃物：目前技術水平限制，要消除可燃物在材料學方面基本不可行 消除高溫熱源：目前技術水平限制，要徹底消除高溫熱源在材料學方面基本不可行，但加強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基本原理理論上，燃燒三要素只要消除一個要素，就不會起火燃燒或即使起火了也不繼續燃燒燃燒三要素暴露在空氣中電芯穿刺測試10三、鋰電池安全隱患分析實踐中，正常使用的鋰離子電池基本都

6、滿足燃燒三要素條件，都可能發生冒煙起火事件三、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液體容量多少才夠？氣體降溫阻氧滅火方案氣體總量多少才夠？如何觸發告警？如何實現動作？如何保障可靠性需要多高溫火焰才能燒破氣體軟管？氣體能否解決電芯復燃難題？1、耐高溫絕緣液體方案2、普通自來水方案1、七氟丙烷氣體方案2、全氟己酮氣體方案模塊內能容納多少氣體？四、鋰電池安全方面幾個誤區鐵鋰電芯內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容，從物理化學原理看不存在沒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1：要求鐵鋰電芯很安全、不起火充放電過程即是極板發生變化過程，

7、再好的極板使用不當，也是會發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都在使用汽油，關鍵是使用過程外部有足夠安全的額外防護措施和正確的使用方法就目前技術而已，使用鋰電芯過程的安全性不該依賴電芯自己的安全性，就像使用汽油過程的安全性不依賴汽油的安全性一樣難道有人會希望現在找到一種不起火的汽油嗎？四、鋰電池安全方面幾個誤區現在經常拿單個電芯進行穿刺測試，結果顯示電芯只冒煙、不起火，但測試過程電芯發熱可以快速向周圍空氣擴散，而實際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2：電芯測試不起火代表整組使用不起火電芯穿刺短路必然產生大

8、量熱量和高溫氣體，電芯內部溫度可達幾百度。如果熱量散發很快，只能是內部高溫、外部相對低溫，有可能達不到起火條件；但如果熱量散不出去，整個電芯內外都將處于高溫狀態，可能滿足起火條件真正安全的鋰電池模塊應該是在整組電芯正常工作時，Pack最內部的電芯熱失控或穿刺發熱也不起火四、鋰電池安全方面幾個誤區大極板少層數電芯比小極板多層數電芯在穿刺時發熱劇烈程度不一樣，因為電芯短路發熱大小與短路點多少強關聯。但實際使用過程極板長枝晶多少則是按面積來的，因此長枝晶多少只與容量大小強關聯。誤區3：大極板少層數容易通過穿刺測試實際使用過程，因為電池質量問題或使用不當問題，要長枝晶必然是全部電極板都長，因此某些電芯

9、即使通過了穿刺測試，實際環境中也可能由枝晶造成的熱失控過大還是控制不住，仍然會冒煙起火的。測試過程：大極板少層數電芯短路點少，總發熱功率也小，但放電時間要更長測試過程：小極板多層數電芯短路點多，總發熱功率大，但放電時間很短電芯真正安全性應該以內部大部分極板面積、嚴重的熱失控發熱帶來的危險性為對象開展評估，標準的穿刺測試是一個基本對標測試，與某些真實情況不一定完全吻合四、鋰電池安全方面幾個誤區我國消防安全一向倡導“預防為主“，但很多時候實際上只重視滅火，對預防起火重視不足。造成先起火再滅火的事件發生路徑，表面上看起來滅火方法很到位、滅火力度也很猛，但這樣的方案實際上不大符合電信級機房安全要求的。

10、誤區4：重視滅火甚于防火電信級消防安全要求，是抓早抓小、不見火焰。見火滅火的方案不利于機房安全。既然鋰電池內部發熱不可避免、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誤區一些單位做鋰電產品滅火測試時雖然想辦法讓電芯燒起來了，滅火措施也達到了滅火目標，但這個火焰是外部引燃的，不是內部熱失控造成的。外部引起的火焰撲滅了可能不復燃，但電芯內部熱失控短路發熱引起的火焰，即使滅火了，如果內部短路狀態沒有消除，發熱繼續存在，理論上還是會復燃的，只是復燃的概率大小而已誤區5：能滅火的就是一定有效的鋰電池模塊是密閉空間內的、高度密集的含能自發熱設備，不能將用在普通電氣設備行之

11、有效的消防方案搬到鋰電池產品五、鋰電池安全對策甚早期（Very Early）是消防安全新理念，目前很多重要通信機房和數據中心要求在原有建筑消防系統基礎上增加甚早期煙感報警系統（典型產品為VESDA）引入甚早期管理理念甚早期告警甚早期控溫甚早期防火VESDA利用甚早期報警，提前發現了機房細微火災隱患，局方有時間及時處理，不至于發展到火焰階段。成功案例數不勝數建筑消防告警系統和滅火系統都是采用判斷有煙霧火焰再滅火的流程，滅火難度遠比滅早期火苗大，比消除起火隱患難度更大安全鋰電采用甚早期理念形成完整方案18五、鋰電池安全對策電信級安全鋰電的產品性能要求建議確保萬無一失的安全爭取最大能力的節能鋰電安全問題一天未解決鋰電進入機房一天不允許有甚早期告警能力有強有力的控溫能力有足夠的安全冗余設計有足夠長的安全壽命有合理的性價比產品有正常的維護條件供應商買保險方式行不行？買保險是必要條件，但不是充分條件！通信癱瘓的損失賠不起！Thanks踐行綠色低碳發展研究中國電信股份有限公司研究院綠色低碳技術研發部