直击储能大会｜国网风光储输电站刘汉民：储能电站安全性评价及测试的若干探索

中国储能网讯：9月7—9日，由工业和信息化部节能与综合利用司、国家能源局能源节约和科技装备司、浙江省能源局联合指导，中国化学与物理电源行业协会联合232余家机构共同支持的第十二届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国科学院电工研究所储能技术组和中国储能网联合承办。

大会以"共创储能新价值，共建市场新格局"为主题，聚焦新型储能安全持续发展，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续政策机制、资本市场、新型储能系统集成技术、供应链体系、商业模式、标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的913家产业链企业，3317位嘉宾参加了本届大会，其中154家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。

大会组委会邀请国网冀北风光储输新能源有限公司副总经理兼总工程师刘汉民做《储能电站安全性评价及测试的若干探索》主题报告。以下是发言主要内容：

刘汉民：非常高兴跟各位分享一下我们国网风光储输电站这些年来取得的成果，包括我们最近做的一些创新探索。风光储输电站算是电力储能应用的鼻祖，也见证了这些年储能行业发展历程，下面分享一下我们所做的一些工作。

介绍分三部分，第一部分整体介绍一下国家风光储输示范工程。第二部分是有关储能应用技术的创新实验，第三部分是在储能安全技术的研究。

第一部分示范工程建设背景

新能源基地和大规模送出加剧了系统稳定性问题，导资源特性导致储备容量不足。前边的专家也介绍了这是容量型问题，但是从电力系统的角度来讲，更加关心的是将来大型新能源基地，千万千瓦级的风光基地送出的稳定性，这是整个行业的关注点，也是我们现在探索的方向。

未来“双高”形态电力系统的需求，或者未来电网对新能源的需求，就是要大量的快速响应资源。就目前新能源场站和储能系统来说，能起到一定作用但是规模还远远不够。一方面新能源机组要提供一些稳定支撑需求和具备高抗扰性能力，另一方面在场站层面，要提供调峰、调频、调压能力。

储能本身具有灵活、快速的调节特性，是构建新型电力系统的重要组成部分。同时作为电力系统中一个新兴产物，经历了原材料、电池储能产业、政策等因素带来的波动。抛开安全性和经济性来谈储能，在电源侧、发电侧，电网侧、用户侧都是一个非常优质的调节资源，无论国内外，装机规模在逐年增加。

国家风光储输示范工程是2011年投运，采用当时最先进大容量国产风电机组，共建成10个风电场，总装机规模500MW，光伏装机规模100MW,储能是70MW。国家风光储输示范工程是储能在新能源应用领域第一个项目，也是当时规模最大的风光储联合发电项目，是国网公司在新能源应用大规模开发利用一个重要试验、示范基地。

储能电池的选型是示范工程的重点，我们采用了中航锂电、比亚迪、ATL、万向等知名企业的储能系统。也率先应用了储能虚拟同步技术、退役动力电池梯次利用技术。总容量达到了33MW/95.8MWh。目前，国内运行10年以上的项目并不多，在电力储能应用领域具有一定的代表性。

作为国家级示范工程，我们也聚焦未来电力系统的发展新形态，逐步在构建“双高”实验电网环境，通过储能、风机、光伏，旋转电源、可调节负载系统以及待测的设备的进行组网运行试验。我们对未来电网形态做了一个“中试”。起步是在35kV和220kV等级上，立足于新技术试验验证、电网稳定性研究，开展新能源装备的输入特性调整对电网稳定性影响的关联试验研究。

第二部分介绍风光储在储能应用技术与试验实证所做的工作

国家风光储输示范工程的储能系统是通过多类型、大容量、集成并联技术，在十年前实现33MW这一规模。随着电子技术的快速发展，在储能集成应用上面已经非常科学和先进了，各方面指标都有质的提升。

这是虚拟同步发电机工程，主要是在新能源大量输出的时候，为应对系统惯量和能源缺失，做到了改善新能源场站的出力特性。风机单机、光伏单机、储能的整站调节，是我们研究的重点的研究方向。我们搭建完成了10MW*0.33h的储能系统开展相应的研究。

这是两台5MW*20分钟电压源型储能虚拟同步发电机的曲线，当电网频率变化、电压变化的时候，通过动态调节输出，给电网一个比较灵活的支撑，通过有功控制、无功控制、电流内环控制调节，从性能和响应效果来讲远远优于常规的火电和水电。从性能的角度来讲，储能是一个非常优质的可调节能源。

风光储输电站也开展了退役动力电池梯次利用技术研究和示范运行。北京“4.16”储能电站火灾事故后，政策上从最开始的禁止梯次利用储能电站到不宜建设梯次利用储能系统，目前，整个行业表现出比较强的担忧。自2017年、2018年我们就开始做这方面的实验，总体上来讲，结论上是梯次利用可以做，而且相应的安全性也不是我们想象的那么差，但是前期投资和运行成本高，寿命周期内经济性未必就比新电池要好。站在社会效益的角度来讲。随着将来电动汽车或者大量的电池，包括储能电站本身也会退役大量电池，这部分电池还是有价值的，怎么用还需要我们进一步研究。

这是我们做的几套梯次利用动力电池储能系统，用下来还可以的，但是也有一些问题，总体来说，目前梯次利用还是发展的比较慢。

在我们通过储能构建的真实电网环境，逐步构建到了220kV，2018年也做到了500kV级，成功实现了电压穿越和频率试验，在应对电网的暂态的电压、频率事件测试中，储能的响应是非常好的。

这是新能源+储能+调相机测试试验，这是我们现在做的新一代储能系统的试验示范，有移动电源储能车，第三代全钒液流。目前我们在做测试的第三代全钒液流，效率还是可以的，可以达到70%或者往上。

第三部分是储能安全技术研究

我们从运行角度做的储能安全性试验，风光储的储能电站历经10年运行，很多电池实际上已经进入了电池寿命的末端，在安全上面临非常大的考验。去年“4.16”火灾事故后，我也面临着一个能安全的评价问题，就是我们电池，不管是新的还是旧的，有多大风险，这个热失控的过程是怎样的，我们怎样防护，带着这些问题开展了安全试验。

通过和应急部包括中电联做了反复论证，共同搭建了一个锂电池安全试验平台，这是我们做的电池热失控试验，从电池簇、储能系统的角度上，探索安全的管控的底线。很多研究机构聚焦于预防技术研究，但是在电池簇或者电池系统发生热失控后，我们对其产生什么样的后果要有清楚的认识，站在安全的角度开展此次试验。

这是我们做的实验装置，下面是集装箱，里面整个结构，有红外的、电压的、温度的，包括探视窗、线缆孔等等东西，这个电池是我们实际运行的，有一大堆电池箱，这一块也是做的接近实际的实验。

这是搭建的集装箱实验的内部照片，试验对象有磷酸铁锂电池也有三元的，做了大概四五十次实验，记录了电池的电压变化、气体含量的变化、气体含量示意图，产生的气体是氢气、一氧化碳、乙醇、二氧化碳，里面一般氢气和一氧化碳比较多，而且整个过程中，如果集装箱密封性比较好，它是阴燃的过程。如果密封性不是很强或者是开放性的，是像点鞭炮一样，一个一个点的过程。

这是我们截取了一段试验视频。4.16完了以后，大家认为是外部出了问题之后，可燃气体或者是可燃物质在爆炸的房间里面做了积累，遇火花发生爆燃。这是我们的模块试验场景，这里面实际上只有两节电池发生了热失控。这个东西我们也计算过，一节电池如果过充，它的能量是巨大的。

这是三元电池热失控试验，三元电池的热失控过程温度是比较高的，一般在1000度左右，磷酸铁锂在四五百度。三元电池的危险性还是比较强的。逐步从一节电芯扩散至整个系统。对于三元电池发生热失控后，即使有一节发生问题，运行人员是必须要撤离的。即便消防介质接入，如果不降温是没有效果的。（视频）

对于系统级或者单个集装箱热失控我们也开展了模拟试验，预制了四个水冷、防爆摄像头。通过模拟过充的方式触发单个模组的热失控，逐步扩散到整个系统，从最开始的单个系统喷阀到整个集装箱内布满喷阀气体，过程是迅速的，在电火花的加持下，很快会有一个爆轰的过程，且威力巨大。（视频）

磷酸铁锂的温度变化和三元的温度变化是不一样的，三元电池只要热失控开始就是一千度，磷酸铁锂早起是四五百度，热蔓延的速率也是不一样的。

结论，运行安全角度来说，电池产热率是指数变化，散热率是线性变化。并联结构会加剧剧烈程度，三元会更猛一点。储能系统的过充更加危险，作用对象可能是一个串或者一个簇。如果磷酸铁锂单体热失控，其危害程度要小很多。从运行来讲，电池储能系统热失控发展和蔓延过程是有一定时间的，这个过程一定要加强监测和保护。电压保护、温度保护、气体保护，但是每一项都有它的缺陷。把每一项加在一起，可能对我们将来的安全运行更有帮助一些。

我的分享完毕，谢谢大家！