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TÜV北德魏诗梦:IEC 62933-5-2 并网电化学储能系统安全要求

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2021-07-14 浏览:

中国储能网讯:7月9-10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、国网四川综合能源服务有限公司、国网浙江综合能源服务有限公司、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司、中国科学院电工研究所储能技术组等单位共同主办的“第五届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在江苏南通文峰酒店召开。

在本次会议上,TÜV北德集团中国区系统平衡部件及储能系统运营总监魏诗梦分享了主题报告《IEC 62933-5-2 并网电化学储能系统安全要求》。现在,小编经过授权,将演讲内容整理如下:

魏诗梦:各位专家大家好!我来自TÜV北德集团魏诗梦,今天给大家分享的话题来自于电化学储能系统安全方面的标准要求。

简单介绍一下我们TÜV北德集团,我们是做第三方的检验检测的技术服务支持和咨询的服务的公司,主要在各个领域,包括航空航天、自然资源等等我们的整个业务范围也涵盖了工业、生活、资源,包括氢能源这个板块,在各个领域之间我们在全球有一万多名专家为全世界的各项技术提供服务。

我们在这两年做了很多技术调查,做产品检测认证的时候也发现了整个储能行业是在非常快速的发展中。大家也知道最近像北京等地区都发生了很多储能电站安全性的问题,我们最近也收到很多来自北京地区的安全检查咨询和技术服务的要求。

所以说在安全这块,在我们行业蓬勃发展的时候,对它的考量和意识其实是急需加强和更深入了解的。我在储能这个行业也有三四年的时间,再往前是在光伏这个行业做检测认证的,两个行业相似点是在于光伏行业在十年前差不多是现在这样的状态,是个项目井喷,各种新技术在不停发展,成本在下降,项目在不断增加的现状。

在这个一方面有些赶工期和项目的时候,一方面对于安全的意识,也包括人员和人才的资源短缺的时候,在这样的背景下就会发生比较多的安全事故。目前从标准角度和技术服务角度来讲,国际上的标准是滞后于我们的需求,我们标准这块其实是缺少了很多内容。在安全这块的标准,国际上我大概列了四个,一个是IEC的62933系列,主要是电化学的储能安全要求,有德国的要求VDE-AR-E 2510-50,虽然是德国国家标准的,但基本上在欧盟也是作为比较适用的安全规定。还有美国那边的UL9540和NFPA855的防火要求。剩下的安全性标准就不多了,国标目前有写一部分,中国比IEC和UL这些国际性标准更近一步,目前的团体标准也好,行业标准也好,是比较细致和完善的,包括最近刚发布了一个国标的运维系统的标准。

IEC 62933的标准今天是我主要介绍的,它的编写思路其实和别的标准不太一样,它不像我们做产品认证的标准,说我这个东西12345需要满足哪些要求或者做哪些测试,只要通过了就行。其实这个标准是比较完善的方法类的标准,指导大家以什么样的思路做储能系统的安全设计。

今天主要讲电化学储能系统的要求。这个标准最主要的是对人的安全方面的考虑以及周围环境上的安全性考虑;涉及到的是我们在做设计或者做电站开发没有考虑到的关键点,叫全生命周期。这个生命周期从我们的理解来看,不只是说电站,比如说质保5年或者10年,不只是在质保范围内,可能到整个电站实际运营15年、20年,中间换了各种各样的部件,在整个过程中间都需要对它的安全进行考量和完整的运维设计要求。

先给大家介绍四个概念,一个是关于什么叫安全。其实安全是说,没有一件事情,或者没有一样物体是100%的安全,安全的概念是没有不可以接受的风险,也就是说风险永远是存在的,但这个风险是不是我们能够接受,是不是能把我们已经预知到的风险降低到最低,这是我们平时要考虑的。在做安全设计的时候,如果能把我们预知到的风险都降到最低,那这就是我们所认为的标准意义上我们能接受的安全。

整体上我们要去识别所有的危险,同时对这些危险进行识别之后来确定风险是什么,通过各种各样的手段来降低风险,以达到我们所需要的安全要求。

整个风险评估和安全要求分为三个大板块,一个叫危险识别,识别我们有哪些危险,然后进行风险的评估和降低,然后进行验证和相关的测试来确保我这些手段和风险降低的方法是有效的。

这是我们储能系统的大概框图,它分为三个部分,第一个部分是包括电池和PCS,第二是它的附件,第三是通通讯接口,主要是这三大块。所以我们在做电力系统和储能系统安全性设计的时候,分别对各个不同板块所对应的功能要进行安全性的分析。

标准有把我们系统按照它的几个利用场景和设计容量分了四个大的类型,包括了高压和低压的,也包括了现场是否有人在运行的情况。

从危险来讲,我们的储能系统主要考虑到危险的内容,包括了电气性的危险,比如说发生短路或者电流拉弧等等情况,包括机械性的危险,比如东西倒塌了,对正在运维的人产生的风险等等。

这些危险其实互相之间并不是独立的,比如说我发生了电气的危险,我发生了过压,同时会导致温度的上升,也会导致爆炸。

我们知道像电化学,它和我们传统的火灾三角是有区别的,比如说像我们传统要生一堆火,那我们首先需要木头作为燃料,然后需要空气的引入,同时也需要高温度也就是引燃的火,需要这三个因素同时作用才能把火生起来,但是对于电化学系统来讲,它可以不需要氧气的参与,只需要温度高就可能会发生不能自主停下来的化学反应,导致了火灾的危险和爆炸的危险。

所以说,在整个的系统设计的时候,要充分的考虑到各种各样的危害或者在考虑到消防的时候,并不是把氧气抽空就会停止燃烧,这块是值得注意的。之前也发生过一些密闭的仓门发生了燃烧之后把仓门打开了产生了突然间的爆炸。

刚才我们提到,整个流程是找到危险源,分析它的风险,我们在做风险分析的时候有各种各样不同的方法,包括自下而上的,也包括自上而下的。比如使用自上而下的方法,我们先确定了它的失效情况,比如说产生了爆炸,去找这些爆炸的可能性是什么,然后一点一点把可能性列出来进行分析。当然也有一些组合式的分析方法。

关于我们考虑到的风险评估的情况,我们需要充分考虑到这个储能系统的可能带来风险和危险的来源,比如说外部的侵入,它的应用场景是什么样的,是不是有无人照看的运行等等。

对于可能发生的风险比如说有一些不合适的工作环境和条件,整个储能系统放在一个沙漠里,室外的温度很高,如果没进行良好的通风和热循环的设计,那很容易产生爆炸或者是高温运行的状况。

关于预防措施和保护措施,预防措施是我们在做整个储能系统设计的时候就应该考虑到各种风险之后做一定的预防,尽量让危险和危害不产生。保护措施是说,当这些危险危害产生了之后,我们如何可以控制它,如何降低我们所能带来或者产生对人体的危害,把伤害降到最低。

关于运维这块,其实电站的运维,储能电站在运维经验中整个行业略微有些短缺,不管是从标准本身还是从实际的运维经验来讲,储能电站的运维其实是非常重要的。在当中对于及时尽早的能发现系统上的问题比如说电池老化或者电池一致性不好了这样的情况,在整个运行情况是短缺的。

我们之前也做过电站的调查,在江苏那边运行了大概三年左右的电站,当时的设计思路是每天一充一放,但当我们去看了实际的运行记录和现场检测之后,电池的寿命只剩20%、30%了,实际的充放电每天循环大概到10-15个小时左右的样子。设计是这样的充放电循环,但在实际运行中,因为各种各样的原因,运维知识缺乏也好还是实际运行的需求也好,导致实际寿命大大的降低。

我再举例子,是关于不同系统,按照刚才分的四个大类别,不同的系统需要怎么样的设计思路。比如说有没有人占有这个地方,会要求是否使用防火门以及消防系统需要就近还是一定要在现场等等。

整个从设计这块,我们储能系统有四个层别,一个层别是叫控制和监控,怎么样来进行日常的运行,对所有的措施在设计的时候进行预防的考量,然后到现应急响应和区域应急响应。

事实上,当电站发生了危害,比如说爆炸和起火的时候,我们的区域性的联动也是非常重要的。比如美国之前亚利桑那州爆炸事件也是,他们的消防队员也没有经验,我们电站的业主或者运维方也没有起早和运维方机构沟通,明确电化学的储能系统应该怎么样灭火和做消防,也是导致了当时产生了爆炸和人员的伤亡情况的因素之一。

所以我建议在我们电化学储能系统已经投入运营之后,能够及时的和就近消防的系统进行提早的沟通,包括告诉他们我们是电化学的储能系统,应该要怎么样灭火,是否可以随意打开仓门进行降温处理等等,因为这和我们日常消防概念,一个是体量上不一样,它的能量上也不一样,所以说需要提前进行沟通和互相之间的协作。

在刚才我们说了发现风险进行风险的预估之后,怎么样进行方法验证,标准里也提到了,包括有可以参考的标准,我就不一一读了,它是根据我们刚才提到的风险,描述了验证措施是否有效的方法。

简单举个例子,关于EMC电磁兼容的例子,在我们这样不同类型的电站,比如说是低压系统或者高压系统的电站,需要什么方式进行电磁兼容的安全性验证,来确保设计是符合要求的。

最后提一下关于全生命周期这件事,最开始也讲了,关于全生命周期我们电站的运行10年、15年,到最后的回收,这块在我们做电站设计的时候就应该考虑到这块内容,该如何做电池更换和电池退役之后的回收,这块要在设计和做整个经济效益考量的时候都要计算进去。

整个标准刚才有提到,是关于指导性的大纲,怎么做这些设计。TÜV北德会根据整个电站的开发流程验证性文档和内容,以及现场测试结果结合起来,可以对储能的电站系统安全标准进行证书发放和核查。

整个标准其实是偏功能安全的整体考量思路的,怎么样保证系统在功能上是安全的,但实际上我们现在的功能安全意识也好,有功能安全分析能力的工程师也好,在国内是很短缺的。通过今天这场大会,也想呼吁大家在安全方面,除了考虑电站的经济效益,也要考虑到整个电站的安全和平时日常运维的要求。

我今天就介绍到这里,后面有想交流的可以随时联系,谢谢大家。

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关键字:并网 电化学储能

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