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。

项目成果在南方电网(nánfāngdiànwǎng)宝塘储能站工程示范应用。

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

　　近日，“锂离子电池储能(chǔnéng)系统全(quán)寿命周期应用(yìngyòng)安全技术”项目顺利通过综合绩效评价。“面对新型(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(nánfāngdiànwǎng)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(chénmǎn)说。

　　该项目由南网储能公司(gōngsī)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(xīn)技术应用把好“安全关”

　　“锂离子电池储能系统(xìtǒng)全寿命周期应用安全(ānquán)技术”项目聚焦于攻克锂离子电池储能系统致灾机理不清、故障难以(nányǐ)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(de)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(diànchí)热失控试验正在共享平台上紧锣密鼓地开展。该平台是我国首个兆瓦级全尺寸电池系统(xìtǒng)火灾模拟(mónǐ)试验共享平台。

　　作为该项目的(de)主要成果之一，全尺寸电池系统火灾模拟试验共享平台(píngtái)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(xīn)技术的规模化应用进行试验检测，把好用于(yòngyú)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抑制功能(gōngnéng)，覆盖了(le)我国新型储能的(de)全部灭火试验需求。同时，平台可以开展过充、加热、短路等(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，我国储能系统的本体安全设计得以优化，尤其是(shì)在(zài)储能装置中创新应用的扰流柱结构液冷板、玻璃纤维气凝胶(níngjiāo)等阻热结构和材料，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(yǐ)累计开展各类新型储能(chǔnéng)(chǔnéng)火灾试验800余次，涵盖锂电池、钠电池、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，我们编制(biānzhì)了(le)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表示。

　　提前(tíqián)15分钟监测火灾

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

　　火灾消防存在(cúnzài)“黄金(huángjīn)15分钟”。“任何储能(néng)装置的火灾爆炸都有一个演变过程(guòchéng)。我们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，做到(zuòdào)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(shāixuǎn)、处理相关(xiāngguān)试验数据，提出“电热力声气光”六个维度的征兆获取方法，并(bìng)建立包含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，能获得征兆信息才是目的。“我们精准采集了各个电站470多万个测点数据信息，并(bìng)运用(yùnyòng)‘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(shíjí)新型储能安全监测平台。”南网(nánwǎng)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(dì)掌握储能设备(shèbèi)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接入平台的(de)8座电化学(diànhuàxué)储能站的运行状态。其数据传输、状态监测、故障诊断预警(yùjǐng)、事故还原等各项功能运行稳定。到(dào)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%。

　　首次应用无氟环保灭火材料(cáiliào)

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

　　该(gāi)储能系统不仅实现了无氟(wúfú)环保灭火材料在新型储能领域的首次应用(yìngyòng)，还将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(le)储能系统火灾应急处置技术，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(yàngjī)。项目提出的(de)液氮与水喷淋共线输送抗冰(kàngbīng)堵技术，实现了共线传输，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(zhèzhǒng)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。

　　目前，该套基于液氮灭火(mièhuǒ)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(chǔnéng)在电力系统的各个节点。除了环保，新灭火技术规模化应用的成本可较现有技术降低30%，具有明显(míngxiǎn)的经济优势。

　　经过3年的技术攻关，“锂离子电池(diànchí)储能(chǔnéng)系统全寿命周期应用安全(ānquán)技术”项目形成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(zǒng)规模超过1000兆瓦时(shí)，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、支撑平台和(hé)标杆工程，且培养了一批(yīpī)储能安全科技人才，实现(shíxiàn)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）