储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用_李明.pdf
《储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用_李明.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用_李明.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用李明1,焦春雷1,李晓龙2,亚夏尔 吐尔洪1,克帕依吐 吐尔逊1,甫日甫才仁1(1.国网新疆电力有限公司电力科学研究院,乌鲁木齐830011;2.国网喀什供电公司电力调度控制中心,新疆 喀什844000)摘要:在储能产业快速发展和储能电站装机容量不断提升的同时,国内外的储能安全事故频发,储能安全成为制约储能大规模发展应用的关键因素。首先对国内外电化学储能电站发生安全事故的原因进行了总结,然后分析了国内外安全标准发展现状,并重点介绍了两项权威的国际储能安全标准。针对新型电力系统高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”背景下面临的多种问题,对比了构
2、网型(gridforming,GFM)和跟网型(gridfollowing,GFL)控制技术的特点,并列举了国内外典型构网型储能示范工程,针对储能在构网型新应用场景中可能存在的安全风险,提出构网型储能系统的安全防护建议,以期为储能安全标准体系建设及储能在新场景中的应用提供有价值的参考。关键词:储能系统;消防;安全标准;示范工程;构网型Research on Energy Storage Safety Standard and Application of Energy Storage System inGridforming ScenarioLI Ming1,JIAO Chunlei1,LI
3、Xiaolong2,YAXARTurgun1,KEPAIYITULLATursun1,FURIFUCAIREN1(1.Electric Power Science and Research Institute of State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830011,China;2.Power Dispatching Control Center of State Grid Kashgar Power Supply Company,Xinjiang Kashgar 844000,China)Abstract:With the ra
4、pid development of the energy storage industry and the continuous increase of installation capacity of energy storage power stations,energy storage safety accidents occur frequently both at home and abroad.Thus,energy storage safety has become a key factor restricting the largescale development and
5、application of energystorage.Firstly,the causes of safety accidents in electrochemical energy storage power stations both at home andabroad are summarized.Then,the development status of safety standards both at home and abroad are analyzed.Finally,two authoritative international energy storage safet
6、y standards are emphatically introduced.In view of themultiple problems caused by high proportion of renewable energy and high proportion of power electronic equipmentin new power systems under“two high”background,the characteristics of gridforming(GFM)and gridfollowing(GFL)control technologies are
7、compared,and the typical pilot projects of GFM energy storage system are listed.Inview of the possible safety risks of energy storage in the new application scenario of gridforming,safety protectionsuggestions of GFM energy storage system are proposed in order to provide valuable reference for the c
8、onstruction ofsafety standard system and the application in the new scenario of energy storage system.Key words:energy storage system;fire protection;safety standards;demonstration project;gridforming第59卷第7期:002000292023年 7月16日High Voltage ApparatusVol.59,No.7:00200029Jul.16,2023DOI:10.13296/j.10011
9、609.hva.2023.07.003_收稿日期:20230117;修回日期:20230306基金项目:国网新疆电科院科技项目(2022年构网型储能对电网安全稳定支撑技术服务项目)。Project Supported by State Grid Xinjiang Electric Power Research Institute Science and Technology Project(2022 Grid TypeEnergy Storage for Power Grid Security and Stability Support Technical Service Project).0
10、引言随着双碳战略目标的有序推进,新能源装机及发电量占比持续提升。新能源出力受自然因素制约,具有波动性和间歇性等特点,接入电网的大规模新能源,其时空分布性、波动性和不确定性会带来电力电量的时序和空间不平衡1-5。为消纳新能源,实现新能源与负荷的平衡,电网需要更多的灵活调节资源,随着电化学储能技术成熟与成本下降,逐渐成为新能源标配6-8。2021年至今,中国二十多个省区陆续发布了新能源配储政策,对储能容量和时长提出明确要求9。在储能产业快速发展和储能电站装机容量不断提升的同时,国内外的储能安全事故也屡见不鲜,2011至2021年间全球公开报道41起储能电站起火或爆炸事故10,造成的原因主要有储能电
11、池的安全质量问题、储能系统的电气拓扑设计缺陷、缺乏有效的安全防护措施、电缆或线束现场布局不合理、现场操作人员和管理制度不规范等11-15,大容量储能系统的安全稳定运行已成为制约储能产业规模化发展的重要因素。大多数新能源通过电力电子设备接入电网,随着常规机组占比的降低,电网受到冲击后频率变化加快、电压变化更剧烈、宽屏振荡问题凸显16-20。为满足“双高”新型电力系统安全稳定运行的要求,新能源发电应具备电网电压支撑、惯量支持、故障穿越等能力,国标GB 387552019 电力系统安全稳定导则 中明确提出21:电力系统应具备基本的惯量和短路容量支持能力,在新能源并网发电比重较高的地区,新能源场站应提
12、供必要惯量与短路容量支撑。构网型储能是在发挥常规储能功能的基础上,通过增加过流能力,采用构网控制策略,提升系统惯量与短路容量、提升新能源多场站短路比、改善电网阻抗特性,实现同步电压支撑,可有效调和新能源发展面临的多种问题,是新型电力系统建设的关键技术之一。文中对储能安全标准及储能在构网型新场景中的应用进行了综述。首先对国内外电化学储能电站安全事故发生的原因进行了归纳总结,然后分析了国内外储能安全标准发展情况,并介绍了两项最 具 影 响 力 的 储 能 安 全 标 准 IEC 62933 和 UL9540。面向新型电力系统背景下高比例可再生能源和高比例电力电子设备应用带来的问题,对比了构网型和跟
13、网型储能技术特点及储能在构网型新场景中的应用情况,针对构网型储能系统可能存在的安全风险,以及在新应用场景应用中可能存在的安全方面的新需求,提出构网型储能系统的安全防护建议。1国内外电化学储能电站安全事故原因分析随着电化学储能技术的发展和储能应用规模的扩大,储能电站的安全事故频发。造成储能电站安全事故的原因复杂,国内外部分储能电站的安全事故未公开披露,根据行业公开信息整理的部分典型储能电站安全事故情况及其原因分析22-24见表1。全球公开报道的储能电站起火或爆炸事故主要表现出以下几个特征:从电池类型分析,三元锂离子电池储能电站发生的安全事故最多,占比超过50%;从地域上分析,韩国的储能电站发生起
14、火或爆炸事故最多,这与韩国储能电站大多采用三元锂离子电池密切相关;从起火阶段分析,超过半数的储能电站起火或爆炸发生在电池充电或充电完的搁置过程中。储能电站的安全事故通常是系统性问题,涉及储能电池及系统设计制造、电池管理、安全预警与消防、运行管理与控制等多个方面原因,通常由多个诱因交互作用演化发展而导致。电化学储能技术类型多、技术更新迭代快速,储能电站结构复杂,涉及电化学、电力电子、信息通信等多学科、多技术门类,诱发火灾事故的因素较多,管理和防范难度较大。支撑电网储能通常需要达到较高容量规模,当储能电站内电池数量多、排列密集时,储能舱内部单体电池数量可达数万个,单体电池热失控,极易导致周围电池发
15、生连锁反应,引发火灾、爆炸事故。储能电池热失控诱发因素包含了电池本体、外部激源、运行环境及管理系统等多个方面。电池热失控的电激源,主要是电池过充、绝缘配合不当、电池管理系统BMS失效、储能变流器短路等;热激源,主要是电气火灾、其他明火和热源等;机械激源,主要是安装调试过程中储能系统意外摔落、破损、机械冲击等。储能电站热失控通常由内外部诱因交互作用演化发展而导致。在热失控早期,如果能够及时预警并采取降温措施,就可能避免热失控发生;如未能及时有效控制,则可能会迅速发生“单体模块簇系统整站”的链条式火灾。目前在电化学储能电站的安全管理、安全保障方面普遍存在不足,包括储能电站、模块等质量不过关,单体一
16、致性较差;电池管理系统及其核心设备故障诊断及安全保护存在缺陷;储能电站安全防护措施不足,监控预警装置缺失或灵敏度不足;储能电站安全主体责任不清楚及现场操作人员安全防护措施准备不足等。构网型储能系统关键技术及工程应用李 明,焦春雷,李晓龙,等.储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用212023年7月第59卷第7期2储能安全标准发展现状2.1 国际储能安全标准现状国际标准化组织国际电工委员会(IEC)、电气和电子工程协会(IEEE)及美国国家防火委员会(NFPA)、美国保险商试验所(UL)、德国技术监督协会(TV)等都开展了储能安全标准的研究和制定工作25-30。IEC于2012年底正式批准
17、成立电能存储系统技术委员会IEC/TC 120,负责制定储能系统及相关部件的国际标准,截止目前已立项 16 项储能领域技术标准。IEEE目的是为电网提供庞大的可用潜在资源,重点关注储能与大电网间的互联,所制定的标准大多集中在储能电站并网方面。UL是美国一家从事安全试验和鉴定的机构,在美国及全世界都具有广泛影响力,于2014年发布的UL 9540(第一版)是国际上第一项储能系统的安全标准,并于2015年和2016年分别成为美国和加拿大国家标准,该标准于2022年5月发布第二版。NFPA于2016年4月批准了一个储能项目,并于8月设立第一个储能技术委员会,2019年8月发布标准NFPA 855 固
18、定式储能系统安装标准,对储能系统配备的消防及防撞保护措施,对消防人员进行应急准备培训等作出规定。当前国际上关于储能系统安全的主要标准见图1,其中最具影响力的储能安全标准是IEC 62933和UL 9540,欧洲、日本、韩国及澳大利亚等国家的储能安全标准均参考引用这两项标准编制其各自适用的安全标准。IEC标准强调风险评估和管理理念,UL标准强调具体要求及与其他标准形成的体系。IEC 62933-5-2:2020安全要求电化学储能系统的框架见图2。条款5危害考虑列出了几种典型电化学储能电池可能存在的危害类型,见表2。条款7 降低风险所需要求中,从产品设计角度提出以下要求:本质安全设计;防护和保护装
19、置;提供终端用户信息。从过程控制角度,最小化危害的一般风险降低措施为:控制和监视预防缓解现场紧急响应区域紧急响应。表1全球部分典型储能电站安全事故及其原因分析Table 1Analysis of safety accidents and causes of some typical energy storage power stations国家中国日本美国韩国澳大利亚储能类型三元锂电池磷酸铁锂电池钠硫电池铅酸电池三元锂电池三元锂电池磷酸铁锂电池规模4.5 MWh25 MWh15 MW2 MWh1.460 MWh8.600 MWh14.000 MWh18.965 MWh18.000 MWh5.9
20、89 MWh0.180 MWh17.700 MWh46.757 MWh3.660 MWh50.000 MW300 MW/450 MWh建筑形式集装箱式集装箱式混凝土式组装式组装式集装箱式集装箱式集装箱式集装箱式组建式面板组建式面板组建式面板组建式面板混凝土式集装箱式混凝土式组建式面板站房式集装箱式用途调频需求管理光储充需求管理需求管理风电配储需求管理风电配储调频风电配储光伏配储需求管理光伏配储光伏配储调频需求管理光伏配储光伏配储需求管理事故日期2017032018082021042011022011092012082019042017082018052018062018062018092018
21、09201809201810201901201905202201202107事故原因电池管理系统故障诊断及安全保护存在缺陷现场操作人员麻癖大意,导致功率线连接失误电池内部短路引发热失控;涉事企业安全主体责任不落实、未按照场所实际风险制定事故应急处置预案电池单元存在安全质量问题引发内部短路储能电站安全防护设施缺失储能电池及系统设计制造存在缺陷导致内部短路,且缺乏必要的安全防护;消防系统不能有效灭火;现场应急管理程序缺失电池及保护系统存在制造缺陷;运行环境管理不规范;安装与调试规程存在缺失问题;综合保护管理体系不完善电池系统设计制造存在缺陷导致内部短路22图2IEC 6293352框架Fig.2F
22、ramework of IEC 6293352表2储能系统危害考虑Table 2Hazard considerations of energy storage system储能种类锂电池铅酸电池高温电池液流电池电气危害YYYY爆炸危害YYYY火灾危害YNYN温度危害YNYY化学危害YYYY主要危害热失控、热蔓延可燃气体泄漏火灾导致有毒气体释放可燃化学物质传播有毒化学物质传播热扩散异常加热可燃化学物质传播有毒化学物质传播注:Y表示存在风险;N表示不存在风险。UL 9540储能系统和装置安全要求主要用于评估储能系统各部件的兼容性和安全性,其框架见图3。其中,电池和PCS要求分别符合UL 1973和
23、UL 1741的规定。UL 9540A评估储能系统热失控火灾蔓延的测试方法分别从电芯级别(热失控及气体成分及爆炸特性)、模组级别(热失控特性,HRR,SRR,气体成分等)、单元级别(对周围的影响(温升、热流、气体成分、爆炸危害)、安装级别(消防系统有效性(温升、热流、气体成分、爆炸危害)对储能系统测试做出了规定。2.2 国内储能安全标准现状2016年6月,中国电力储能标准化技术委员会(SAC/TC 550,以下简称储能标委会)成立,对口IEC/TC 120,归口管理储能国家标准、行业标准和团体标准。截至目前,电力储能标准体系规划项目200余图1储能系统安全国际标准Fig.1Internatio
24、nal standard for energy storage system safety构网型储能系统关键技术及工程应用李 明,焦春雷,李晓龙,等.储能安全标准研究及储能在构网型新场景中的应用232023年7月第59卷第7期项,其中,已发布标准近百项,在编标准70余项31。为适应技术发展趋势、满足储能产业发展需求,对标国际先进的储能标准体系,2023年2月,国家标准化管理委员会、国家能源局印发了 新型储能标准体系建设指南,将新型储能标准体系框架分为基础通用、规划设计、设备试验、施工验收、并网运行、检修监测、运行维护、安全应急8个方面。其中涉及储能安全的标准见图4。图3UL 9540框架Fig
25、.3Framework of UL 9540图4涉及储能安全的各类标准Fig.4Various standards related to energy storage safety规划设计类标准中,GB 510482014 电化学储能电站设计规范 规定了储能电站设计要求的防火间距、火灾危险性及耐火等级、消防给水量及火灾报警系统及报警探测类型等32,目前该标准处于修订状态。储能电站的施工及验收是电化学储能电站安全启动和长久稳定运行的重要保障,在施工及验收阶段出现的设备故障、操作不当都可能引发安全事故,比如韩国的储能电站火灾事故中就有2例是在施工阶段发生的。目前,大多数储能设备的施工及验收要求已有
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 安全标准 研究 构网型新 场景 中的 应用 李明
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。