电化学储能产业发展对安全标准的需求.doc

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1、电化学储能产业发展对安全标准的需求储能作为新型电力系统的关键组成，市场规模取得了快速增长。在储能产业发展的同时，国内外储能项目事故也在不断发生，大多数是锂离子电池储能事故，引起了社会对储能安全的关切。储能产业亟需明确储能安全标准要求，提升储能产品和项目建设的准入门槛，避免恶性事故再度发生。本工作回顾了近两年国内外储能项目事故情况，统计了事故发生时储能项目所处的状态和储能技术类型，从事故角度分析了相应阶段对储能安全标准的需求。对电力储能系统安全相关标准，本工作重点梳理了主要的IEC标准、美国标准和国内现有的国家标准、地方标准，简要分析了相关标准的要求和特点，最后从储能项目全生命周期的角度总结了设

2、计建设、运输、运维、消防安全、应急救援和退役回收等各阶段储能安全标准有待进一步解决的问题，并对下一步相关工作的开展给出建议，以期推动国内相关标准的完善，为储能产业安全健康发展奠定基础。随着双碳目标成为全球共识，新能源将迎来跨越式发展，装机规模在电力系统中的比重也将不断增大。储能作为保障新能源消纳、提升电力系统灵活性、支撑新型电力系统安全稳定运行的关键技术之一，也将迎来爆发式增长。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)不完全统计，2021年全球新型储能新增投运规模达10.2 GW，同比增长117%，新型储能市场依然保持高速增长态势。电化学储能技术由于能量密度、效率、成本、建设周期等优势，在新型

3、储能市场中取得了绝对优势地位。相对钠电池、铅蓄电池、液流电池等其他电化学储能技术而言，锂离子电池在储能行业中的应用最为广泛，一方面因为其能量密度高、循环寿命长和成本低等优势，另一方面电动汽车的快速发展带动了锂离子电池规模化生产。根据CNESA不完全统计，截至2021年底，全球新型储能累计装机规模达25.4 GW，锂离子电池技术占比超过90%，占据绝对主导地位。目前储能电站中采用的锂离子电池主要包括三元、磷酸铁锂两种材料体系，三元锂离子电池热稳定性较差，在热失控情况下会发生析氧，与电解液发生反应，具有更大的火灾危险性。基于国内外锂离子电池事故经验和安全考虑，根据CNESA的不完全统计，目前国内投

4、运的锂离子电池储能项目中，磷酸铁锂电池占据了98%以上的份额。锂离子电池热失控时会释放H2、CO、CH4等多种易燃易爆气体，安全隐患较大。特别是在储能系统中，电池单体按特定要求经串并联连接后组成模组集中使用。一旦单个电池发生热失控，所释放的热量可能会造成整个模组热失控传播。同时释放的可燃气体在储能箱体封闭空间内聚集，甚至可能导致整个储能电站发生火灾、爆炸事故。在储能产业快速发展的同时，国内外的储能事故也屡见不鲜，安全已成为制约储能产业发展的瓶颈之一。明确储能安全标准要求，提升储能准入门槛，避免恶性储能事故，已成为储能产业发展的基本需求。基于此，本工作通过对主要的储能安全标准对比研究，指出国内现

5、行储能安全标准亟待解决的问题，并对储能安全标准的完善提出参考建议，旨在促使储能系统安全建设运行。1 近两年储能安全事故根据CNESA不完全统计，近十年全球储能安全事故发生60余起。2021年全球储能市场爆发，大规模储能项目越来越多，单个储能项目规模越来越大，储能安全隐患也随之增大。截至目前，2021年、2022年全球共发生18起储能项目事故(表1)，其中北京丰台大红门储能项目事故发生起火爆炸，澳大利亚维多利亚特斯拉大电池储能项目持续燃烧4天，美国亚利桑那Chandler电池储能项目事故持续喷淋12天才控制住，消防救援时除采用水控制火势之外，没有其他更有效的措施。表120212022全球储能事故

6、注：不包括户用储能事故；项目信息来源：CNESA全球储能数据库。从项目状态来看，投运1年及以上的事故10起，投运不足1年的2起，运输中1起，建设调试中的3起，其余2起状态未知；从电池类型来看，其中三元锂离子电池事故最多，共11起，磷酸铁锂5起，其余2起电池类型未知。很多事故的直接起因并不一定是电池，但锂离子电池是导致事故发展难以控制的关键因素。目前相关的电池标准仅针对新电池，而安全事故往往是在运行过程中发生。电池随着运行发生老化，性能衰减，电池间不一致性不断加大，安全风险也在不断增大。此外近两年事故还包括建设中、调试中、运输中的储能项目，这些都对相关的安全要求提出了需求。公开的事故调查报告也表

7、明，当前为有效预防储能事故、控制事故危害，需要进一步规范储能的选址布局，明确储能设计、施工、验收等要求。针对储能系统安全，除了关注电池安全之外，还需要从电气安全、系统集成、监控、事故预警、灭火和应急措施等不同层面加以改进。2 储能安全标准现状国际电工委员会(IEC)成立了TC120负责制定储能相关标准。美国和中国储能市场大、应用场景复杂和需求多样，储能相关标准研发推进较快，欧洲、日本、韩国等更多直接等同或修订采用IEC标准。2.1 IEC储能安全标准IEC TC120成立于2012年，主要关注所有能够储存、释放电能的储能技术，以及储能系统与电力系统之间的互联。TC120下设5个工作组分别负责术

8、语、性能参数、规划建设、环境和安全相关标准。表2为目前TC120制定的储能安全相关标准。表2IEC TC120制定的电力储能系统安全相关标准IEC 62933-5明确了接入电网的储能系统全生命周期过程中的安全注意事项，提供了储能系统的危险因素、风险评估和降低危害的必要措施以及相应的测试验证。除TC120外，IEC碱性和非酸性蓄电池分技术委员会TC21/SC21A是制定锂离子电池相关国际标准最主要的组织。表3为SC21A制定的储能相关的锂离子电池安全标准。表3IEC SC21A制定的锂离子电池安全相关标准IEC 62619涵盖了各种工业设备用锂离子电池和电池组的基本安全要求，通过外部短路、撞击、

9、跌落、热滥用、过充电、强迫放电、内部短路、热失控蔓延等试验来对电池安全进行评估，并需要通过功能安全测试来验证电池系统的过充电流保护、过充电压保护、过温保护功能可靠性。此外在最终的应用时需要满足相应的电气安全、电磁兼容要求。IEC 63056在IEC 62619的基础上，规定了最大直流电压不超过1500 V的电能存储系统的附加要求和特殊要求，增加了异常高温、反接保护、过放保护、运输安装时的电气绝缘和短路保护以及安装运维时的跌落等测试要求。图1为IEC 63056适用范围示意图。图1IEC 63056标准适用范围2.2 美国储能安全标准为解决储能安全问题，美国能源部(DOE)2014年发布储能安全

10、战略规划，并于2015年成立储能安全工作组。标准工作组是储能安全工作组下设的三个工作组之一，主要推动和协调相关的标准制定机构(SDO)制修订储能安全相关的标准。DOE通过项目支持储能相关研发，并与SDO合作，填补储能标准空白。美国储能标准主要覆盖储能项目建设、储能系统、储能技术本体和关键设备等层级，与储能安全相关的标准主要有下列标准。美国消防协会(NFPA)制定的NFPA 855“Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems”2019年正式发布，规定了电池储能系统部署要求，列出了各种储能项目设计和安装注意事

11、项，包括不同场所中的间距、消防装置、通风以及相关的防火等要求。美国保险商实验室(underwrites laboratories，UL)制定的UL 9540和UL 9540A目前已成为所有电池储能系统安全保证的基础测试标准。NFPA 1“Fire Code”、NFPA 70“National Electrical Code (NEC)”以及International Code Council (ICC)制定的“International Fire Code”等要求储能系统必须通过UL 9540认证。UL 9540“Energy Storage Systems and Equipment”第一版

12、2014年发布，2020年发布第二版，涵盖了电化学储能系统、机械储能系统和储热系统的建设要求，并要求电池满足UL 1973标准，逆变器等满足UL 1741标准。UL 9540A“Test Method for Evaluating Thermal Runaway Fire Propagation in Battery Energy Storage Systems”是评估电池热失控特性的测试方法，通过测试热失控下产生的各种气体的浓度以及燃烧速率、爆炸压力等来评估火灾、爆炸的危害。NFPA 855等标准中要求电池容量、距离等超出限制时，需要向监管部门提供UL 9540A的测试结果。UL 1973“

13、Batteries for Use in Stationary，Vehicle Auxiliary Power and Light Electric Rail (LER) Applications”对电池的产品结构要求、电气试验、机械试验、环境试验、铭牌标识、用户手册、出厂测试要求等作出了规定，并在附录中给出了零部件应符合的标准以及高温钠电池、液流电池测试要求。UL 1741“Inverters，Converters，Controllers and Interconnection System Equipment for Use With Distributed Energy Resource

14、s”覆盖了光伏并网逆变器、储能并网变流器、光储并网逆变器、DCDC变流器和快速关断设备等产品，对产品结构要求、人身危害风险防护、输出功率特性和电网适应性、安全性能、标识、出厂测试等作出了规定，并在附录中明确基于IEEE 1547、IEEE 1547.1的附加验证要求。IEEE 1679“IEEE Recommended Practice for the Characterization and Evaluation of Energy Storage Technologies in Stationary Applications”为不同的储能技术提供了一个统一的性能、寿命和安全的评估方法，主要

15、包括能量效率、自放电性能、存储性能、日历寿命等性能要求，老化和失效机制以及安全设计、标识要求、使用和滥用等安全考虑，有助于储能开发商、用户等来评估和比较不同的储能技术和产品。2.3 国内储能安全标准全国电力储能标准化技术委员会(SAC TC550)2014年正式成立，负责电力储能领域国家标准的管理，已形成覆盖规划设计、设备及试验、施工及验收、并网及检测、运行与维护、评价等方面的储能标准体系10。目前与储能安全相关的标准主要有： GB 510482014电化学储能电站设计规范(修订中)； GB/T 341202017电化学储能系统储能变流器技术规范； GB/T 341312017电化学储能电站用

16、锂离子电池管理系统技术规范； GB/T 362762018电力储能用锂离子电池； GB/T 365582018电力系统电化学储能系统通用技术条件； GB/T 400902021储能电站运行维护规程； DB11/T 18932021电力储能系统建设运行规范； 电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求(在编)。电池安全标准方面，GB/T 362762018规定了储能用锂离子电池的技术要求，其中包括电池过充、过放、绝缘、耐压、短路、挤压、跌落以及热失控和热失控扩散等安全要求。2021年底强制性国家标准电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求正式立项，由中国电子技术标准化研究院组织起草中。储能设备标准方面，GB/T 365582018规定了储能系统的能量转换效率、充放电时间等性能要求以及保护、监控、通信、计量等要求，GB/T 341202017规定了储能变