如何實(shí)現(xiàn)規(guī)模化新型儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中安全運(yùn)行

新型儲(chǔ)能是新型電力系統(tǒng)中重要的靈活調(diào)節(jié)資源，然而，其大規(guī)模集中接入電網(wǎng)在安全性方面仍嚴(yán)峻安全挑戰(zhàn)，規(guī)模化儲(chǔ)能系統(tǒng)在應(yīng)用層面的安全水平是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重要問題，在提升電池材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)聚焦儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行特性實(shí)證測(cè)試與狀態(tài)評(píng)估，建設(shè)規(guī)模化新型儲(chǔ)能“中試”基地，在應(yīng)用技術(shù)、管控手段、實(shí)證測(cè)試上提升其整體安全運(yùn)行技術(shù)水平。

新型儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”自標(biāo)、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略性技術(shù)。隨著裝機(jī)規(guī)模從百兆瓦級(jí)向百萬(wàn)千瓦級(jí)快速躍升，安全問題已成為制約其健康發(fā)展的首要瓶頸。單體電池?zé)崾Э乜赡軙?huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成電站火災(zāi)甚至爆炸；海量電池簇健康狀態(tài)難以精準(zhǔn)評(píng)估，影響電站整體出力和壽命；大規(guī)模儲(chǔ)能在響應(yīng)電網(wǎng)快速調(diào)節(jié)指令時(shí)，其自身動(dòng)態(tài)行為以及與同步機(jī)、新能源的交互穩(wěn)定性，直接影響電網(wǎng)安全，因此，系統(tǒng)性解決規(guī)模化新型儲(chǔ)能安全運(yùn)行問題需多維度發(fā)力。

在設(shè)備本體技術(shù)方面，從電池材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提升安全性能。設(shè)備應(yīng)用層面，通過優(yōu)化運(yùn)行策略、約束運(yùn)行邊界、應(yīng)用更先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)、完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程體系，強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化管控能力，提升行業(yè)整體安全水平。設(shè)備實(shí)證測(cè)試方面，通過疊加復(fù)雜工況、超長(zhǎng)運(yùn)維周期，長(zhǎng)時(shí)間實(shí)證測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性。以上每一個(gè)環(huán)節(jié)不僅關(guān)系到電站資產(chǎn)和人員安全，更是保障大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、提升新能源消納能力、釋放儲(chǔ)能多重價(jià)值的基礎(chǔ)，具有重大的國(guó)家能源戰(zhàn)略意義和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實(shí)需求。

在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)級(jí)安全管控的攻關(guān)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)電池模組熱失控源于單體電池失效，并通過模組內(nèi)部熱傳導(dǎo)引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終可能導(dǎo)致大規(guī)模熱失控。長(zhǎng)期以來(lái)，鋰電安全研究多聚焦單體電池，對(duì)模組級(jí)、電站級(jí)大容量電池的系統(tǒng)性測(cè)試與驗(yàn)證相對(duì)不足。隨著能量密度提升及模組向大容量、集成化、高電壓發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景、運(yùn)行工況、環(huán)境因素等對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的挑戰(zhàn)日益凸顯。

以某儲(chǔ)能電站為例，其因電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致系統(tǒng)性絕緣失效，進(jìn)而引發(fā)熱失控故障。規(guī)模化的儲(chǔ)能電站經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，系統(tǒng)的絕緣性能降低，尤其是隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)向大容量、高能量密度、緊湊布局發(fā)展方向下，絕緣性能下降問題突出，絕緣間距不足可能引發(fā)電氣接地故障，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理也會(huì)引發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫度場(chǎng)異常，在大功率、長(zhǎng)周期運(yùn)行情況下，系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)加劇。

針對(duì)上述問題，我們建立了新型儲(chǔ)能全壽命周期內(nèi)的安全管控體系，重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面開展實(shí)踐探索。一建設(shè)先進(jìn)儲(chǔ)能試驗(yàn)平臺(tái)，打造系統(tǒng)級(jí)儲(chǔ)能安全演變?nèi)^程反演、支持多場(chǎng)景多工況動(dòng)態(tài)配置的試驗(yàn)環(huán)境，推動(dòng)測(cè)試體系覆蓋傳統(tǒng)“性能檢測(cè)”和“事件過程交互復(fù)現(xiàn)”綜合性體系，并建設(shè)規(guī)模化新型儲(chǔ)能試驗(yàn)、實(shí)證和測(cè)試基地。二強(qiáng)化核心性能測(cè)試與評(píng)價(jià)，建立儲(chǔ)能變流器（PCS）全項(xiàng)測(cè)試能力（外觀、防護(hù)、告警保護(hù)、電氣性能等）。依據(jù)《預(yù)制艙式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，開展全項(xiàng)測(cè)試（交變濕熱、電磁兼容、環(huán)境適應(yīng)性、防雷、并網(wǎng)適應(yīng)性等）。三構(gòu)建智能運(yùn)維與安全管控體系，針對(duì)系統(tǒng)性能與安全穩(wěn)定，提出80余項(xiàng)關(guān)鍵檢測(cè)和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。相關(guān)成果被《電化學(xué)儲(chǔ)能電站啟動(dòng)驗(yàn)收規(guī)程》《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采納。四提升系統(tǒng)與涉網(wǎng)性能實(shí)證能力，針對(duì)行業(yè)缺乏大容量實(shí)證基地的痛點(diǎn)，建設(shè)全項(xiàng)測(cè)試場(chǎng)景（故障穿越、緊急功率支撐、AGC、過載能力、一次調(diào)頻、電能質(zhì)量、慣量響應(yīng)等）。并在國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范基地配置大容量、多電壓等級(jí)實(shí)證接口，建立孤島與并網(wǎng)實(shí)證母線，為新型儲(chǔ)能產(chǎn)品提供“試驗(yàn)一實(shí)證”一體化平臺(tái)。

規(guī)模化新型儲(chǔ)能的安全運(yùn)行是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多環(huán)節(jié)、長(zhǎng)鏈條的系統(tǒng)性工程。未來(lái)我們還將進(jìn)一步推動(dòng)電池廠商在電池材料、結(jié)構(gòu)及熱管理等核心技術(shù)創(chuàng)新；發(fā)展更精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的狀態(tài)評(píng)估與創(chuàng)新驗(yàn)證早期預(yù)警技術(shù)；優(yōu)化控制策略，提升與電網(wǎng)的交互穩(wěn)定性與支撐能力，不斷筑牢規(guī)模化新型儲(chǔ)能的安全根基，充分釋放其在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中的巨大潛能。■