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锂电池储能电站安全综合评价方法综述

作者:曾星 魏斌 赖铱麟 陈浩 来源:电源技术杂志 发布时间:2025-04-09 浏览:

中国储能网讯:

摘要:随着锂离子电池储能电站的不断投运,锂离子电池热失控火灾事故频发。为了预防电池安全事故的发生,保障锂电池储能电站安全运行,通过对近期文献的探讨,梳理了锂电池储能电站安全综合评价流程,系统分析了现有的储能电站安全评价指标并提出新的指标体系,介绍了常用的指标权重赋权方法,详细阐述了关于储能电站安全的评价方法,指出现有研究方法的不足,并提出合理化建议,以保障储能设备及电站的安全可靠运行。

关键词:储能电站;综合评价;评价指标;评价方法

新型储能是建设新型电力系统、推动能源绿色低碳转型的重要装备基础和关键支撑技术,是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑[1-2]。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)数据统计,截至2023年底,全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达3 139万千瓦/6 687万千瓦时,其中2023年新增装机规模约2 260万千瓦/4 870万千瓦时,较2022年底增长超过260%,具有广阔的发展和应用前景[3]。

随着储能行业的逐渐崛起和储能市场的日渐蓬勃,以电化学体系为主的新型储能存在的安全问题凸显,严重制约了储能产业的进一步发展[4-6]。根据中国科技网统计报道,2017—2023年期间,全球至少发生60起储能电站火灾事故。表1统计了部分发生在2023年的储能电站火灾事故。造成锂电池储能电站安全事故的原因是多方面的,结合多起储能电站的事故原因综合分析,除了储能电池的本征安全问题外,缺少有效的安全防护手段和安全管理措施也是造成电站火灾的重要原因[8-9]。因此,加快储能安全技术研究,完善储能安全管理措施和防护手段,加强安全风险防范意识,已成为当下储能行业的重点研究方向。

为了有效提升储能电站的安全性,加强对储能电站安全管理,需要定期开展储能电站安全评价,及时发现电站存在的风险并进行相应整改。目前,相关的安全检验与评价标准以企业标准(条件)或行业制定的标准为参照执行依据。国内外相关的储能电站安全评价技术标准和规范方面暂不完善,其他相关的文件如《电化学储能电站安全规程》(GB/T 42288-2022)、《电化学储能电站后评价导则》(GBT43686-2024)、《电化学储能电站运行指标及评价》(GB/T 36549-2018)以及中电联发布的《电化学储能电站安全性评价规程》均已发布,但储能电站安全评价技术标准方面目前仍处于探索阶段,相关高校、储能研究机构及龙头企业等正致力于储能电站安全评价技术标准方面的研究,为确保储能电站的安全运行和管理,未来急需完善国际适用的储能电站安全评价技术标准和规范,保障储能电站的安全可靠运行。

由于国内外尚未形成一套完整的储能电站安全评价标准体系,相关研究多局限于零散指标,指标体系不完整,缺乏表征储能电站整体运行的指标,还存在指标选择主观性强、指标冗余等问题,无法真实反映储能电站的运行状态。此外,指标权重和评价方法也直接影响着评价结果的准确性。指标权重赋权多用于组合赋权法,能结合主观赋权法的灵活性和客观赋权法的可靠性。评价方法较多,每种方法的侧重点和适用场景各有不同,在综合评价时需用考虑评价对象的实际情况以及评价方法的可操作性,结合各种评价方法的优势,选择合适的评价方法。因此,本文将从储能电站安全综合评价流程入手,对现有的储能电站安全指标和权重赋权方法进行综述总结,并提出新的指标体系,对评价方法进行系统分析,指出各种方法的适用场景以及不足之处,并提出合理的建议,为建立更为完善和全面的安全评价指标体系和评价方法提供参考和借鉴。

表1 部分发生在2023年的储能电站火灾事故


1 锂电池储能电站安全综合评价基本流程

锂电池储能电站安全综合评价通过多指标来反映储能电站的整体性能和安全性,确保其在各个方面的稳定性和可靠性,其步骤可分为指标体系构建、指标权重赋权、评价方法选择及评价结果四部分,锂电池储能电站安全综合评价方法流程如图1所示。

(1)指标体系构建:指标的选取是整个综合评价过程的难点,要满足可靠性和现场条件,既要从多维度多层级考虑,也要考虑指标之间的耦合关系,保证选取的客观性、完整性和科学性。对于可测量指标,要明确指标量化计算方法。对于不可测量指标,应给出具体描述特征[10];指标权重赋权是综合评价的重点,各指标的权重直接影响评价结果的准确性。

(2)权重确定:指标权重赋权以组合赋权法为主,即用主、客观赋权法分别赋权后得到的两者权重进行合理的组合,得到更为科学和适用的指标权重。

(3)评价方法选择:评价方法是综合评价过程的关键,评价方法的选择直接决定了整个综合评价的适用范围和应用推广性,不同类型的评价方法如TOPSIS、模糊综合评价、云模型等各有优缺点,综合考虑储能电站运行的特点和评价的侧重点,合理选择评价方法至关重要。

(4)综合评价与结论:通过选择的评价方法,结合指标权重计算出最终的评价结果,量化出相应的风险等级并做出结论。


图1 综合评价方法流程

2 储能电站安全评价指标体系

安全评价指标体系是将多个有相互联系、相互作用的评价指标按一定层次进行组合的整体,是综合评价的前提。评价指标体系构建是否客观、科学和合理,直接影响综合评价结果的准确性和有效性。

早期安全评价以电池为对象,电池系统的指标以电压、温度、电池荷电状态(SOC)、电池健康状态(SOH)等基本特征参量为主。文献[11]选取电池电压极差、电池电压标准差系数、电池温度极差、电池剩余能量状态(SOE)极差、功率-SOE相关度和运行充放电效率6个指标建立评价指标体系。文献[12]采用可重构储能系统中电池单体、模组的电压、温度等实时监测数据,建立电池及模组的安全评估模型。文献[13]将电池指标分为可测量状态量和不可测量状态量,可测量状态量包括电流状态、电压状态和温度状态,测量数据涵盖模组两端电流、模组功率、模组电压、单体电池电压、单体电压最大差值以及测温点温度。不可测量状态量包括SOC和SOH。

随着储能电站容量和规模的不断扩大,单一的电池指标不能全面反映整个电站的安全。锂电池储能电站安全指标体系是一个多方面、多层次的问题,需要从电池本体安全、系统安全、环境影响、故障及事故统计、运维管理、消防设计与配置等多个方面进行综合考虑。文献[14]选取锂电池特性、消防设施、安全管理和人员因素4个一级指标,建立12个二级指标和32个三级指标的锂电池储能电站火灾风险评价指标体系。文献[15]从电池运行工况、可靠性指标、运行环境以及安全监控管理系统4个方面选取20个评估指标对储能电站的安全进行综合评估。文献[16]考虑储能电站的真实运行工况,建立了以电池基本情况、电池使用工况、外部刺激、运行环境、安全监控保护系统和人为因素6个方面建立的风险评价体系一级指标和30个二级指标组成的评价体系,指标体系较为完善,但指标体系难以量化,评价结果也会受影响。 

目前,现有的文献中存在指标体系不完整,缺乏表征储能电站整体运行的指标,还存在指标选择主观性强、应用性差等问题,无法真实反映储能电站的运行状态。本文考虑储能电站的现场测试条件和指标适用性,在前人的基础上,提出一种新的指标体系,尽可能包含全部关键指标,以提高评价结果的准确性和有效性。指标体系如图2所示,包括电池运行工况指标、关键设备设施指标、能效指标、电力电量指标、运维检修指标及运行环境指标6个一级指标和28个二级指标。


图2 储能电站安全评价指标

(1)电池运行工况指标

储能电池作为储能电站的核心组成部分,其安全性直接影响到整个储能电站的安全运行。电池在生产、运输、存储等各种复杂的工况下存在潜在的危险,包括过充、过热、短路、碰撞、针刺、挤压、振动等[17-18],易发生热失控。热失控过程当中电池内部会发生一系列不可控的链式反应,导致温度急剧上升,反应过程不仅快速剧烈,还具有一定的蔓延特性,可能会从一个电池单元扩展到整个电池组,最终导致严重火灾或爆炸,造成巨大损失。热失控过程还会引起一系列参数变化,内部温度迅速上升产生大量气体,电池表面发生形变膨胀,当气体浓度达到某一极限时,安全阀打开释放出各种气体,电压逐渐降至零点[19-20]。选取热失控过程中变化的温度、电压、SOC、SOH和VOC浓度参数作为指标能够合理、可靠地表征电池运行工况。

(2)关键设备设施指标

储能电站关键设备设施包含电池管理系统(BMS)、储能变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)、监控系统和消防设施,它们对储能电站的安全运行也有着一定影响。BMS作为储能电站最核心的组成部分,若BMS的设计与制造存在缺陷,将会导致其在监测准确性、故障诊断可靠性、控制逻辑合理性等方面存在不足,如BMS发生传感器失效、状态估计不准确、均衡失效、充放电异常等,可能会引发电池的热失控,甚至整个储能电站的安全都将无法保证[21]。储能电站的PCS与储能电池一样重要,在大规模应用场景下,PCS本身的功率控制能力和电能质量水平会对储能系统造成一定影响,随着储能电芯向大容量方向发展,PCS的性能缺陷进一步放大,这也对PCS的安全性提出了更高要求,因此,PCS自身必须具备良好的抗干扰能力和可靠的保护机制[22-23]。能量管理系统(EMS)是储能电站运行的安全保障,若EMS出现故障,可能会导致控制策略失效,进而影响电池的性能和寿命,还会导致无法及时检测和处理故障,从而增加设备损坏的风险,甚至可能导致更严重的安全事故[24]。储能电站监控系统能够实时监测电站的运行状态,及时发现并处理异常情况,确保电站的安全运行。储能电站所使用的储能介质多为易燃易爆物质,一旦发生火灾,后果不堪设想,储能消防系统能够在火灾发生时及时有效地进行灭火,防止火势蔓延,降低财产损失,还能为救援人员提供及时的信息支持,确保救援行动的有效性。

(3)能效指标

能效指标包括综合效率、电站储能损耗率、站用电率、电站变配电损耗率以及能量保持率。这些指标能够综合反映储能电站的运行效率和能量利用情况,还直接关系到整个电站的经济性和可持续性。

(4)电力电量指标

电力电量指标包括运行系数、利用系数、出力系数、备用系数。这些指标不仅能够反映储能电站在新型电力系统中的电力和电量平衡能力,还能反映储能电站本身的充放电实际运行情况和备用情况。

(5)运维检修指标

储能电站投入运营后,开展高质量的运行维护和检修工作是保证设备安全的前提。运维检修是对储能电站的一些关键设备开展维护和检修,包括储能电池及其系统、电池管理系统、储能变流器、监控系统、消防设施等。设备维护是运维管理的重点之一,包括定期检查设备的运行状态,及时发现故障隐患;制定设备维护计划,定期进行设备保养和检修;建立设备档案,记录设备的维护情况和故障处理过程,为后续维护提供参考[25-26]。重要设备还要定期检修,及时发现和排除隐患和故障,提高储能电站的性能和效率,延长设备寿命,同时保障电力系统的安全稳定运行。

(6)运行环境指标

环境温度、湿度、粉尘含量等会对储能电站的安全运行产生影响。环境温度对锂电池寿命有明显影响,在高温环境下,由于电池中的化学反应加剧,电解液中的锂盐会分解,导致锂电池寿命缩短[27]。同时,热量还会导致电池内部部件老化和失效,从而损害电池寿命。在低温环境下,由于电池内部反应速度变慢,电池中形成的锂聚集在电极表面,从而导致电化学性能降低[28-29]。高湿度会导致电解液中水分增多,降低电解液浓度,从而降低锂电池存储容量,还会导致电极内部材料腐蚀,加速电池老化,影响电池使用寿命[30]。如果储能系统内部粉尘含量过高,将不利于系统及时散热,导致运行温度超标,此外,粉尘还会影响系统设备的绝缘,引发设备电击穿和局部高温[31]。

新的指标体系采用区间估计层次分析法[32-33],对评价指标进行精选与简化。简化的目的在于避免指标间的冗余,从而提高评价体系应用于实际工程中的有效性,过多的评价指标还会使评价过程中更复杂和费时,通过删减次要指标可以提升评估模型的聚焦度以保证评估过程的简洁性。通过精选和简化后的指标为6个一级指标和28个二级指标,该指标体系能更好地反映出决策者的偏好和决策过程中的不确定性。此外,新的指标体系还考虑了储能电站的电力电量指标和能效指标[34],能够综合反映储能电站本身的充放电实际运行情况和运行效率以及能量利用情况。

在众多指标当中,电池指标是表征储能电站安全运行的核心指标,电池发生故障时,电池内部发生一系列快速剧烈的反应,引起众多参数的变化,随着传感器技术不断完善以及高精度新型传感器的应用,克服传感器在电池热失控检测中的挑战和限制,结合指标的可靠性和现场条件,未来通过检测电池参数的变化表征储能电站的安全愈发重要。其次,关键设备设施指标对储能电站的安全运行有非常重要的影响,储能电站多以“建成”为目标,轻视储能设备质量与安全把关,设备设施的检查包括各类测试和运行维护与检修,若设备设施存在问题,可能会引发电池的热失控或者增加设备损坏的风险,甚至可能导致更严重的安全事故,乃至整个储能电站的安全都将无法保证。此外,储能电站处于快速发展阶段,多数运维人员运维经验、技术能力和认识深度不足,对生产厂商依赖度大,对技术监督、安全专项检查、隐患排查治理等运维工作关切点的理解存在偏差,储能电站还存在安全管理制度不完善,缺少维护检修计划等问题,因此,储能电站安全评价后续研究还要考虑人为因素指标和储能电站安全规章制度相关指标的影响。

综上所述,电池安全评价指标以基本参量为主,最近的研究表明电池在静置时内部存在电流,会影响电池安全,储能电站中电池存在充放电和静置两种工况状态[35],在进行安全评价时需要充分考虑电池在这两种状态下影响电站安全的相关因素,并将各个因素归纳整合,建立全面的风险评价体系。储能电站安全评价指标不仅要考虑电池基本情况和运行工况,还要考虑运行环境、安全管理设计、消防安全等外部因素,现有文献中指标的选取大多具有主观性且指标不完善,缺乏表征储能电站整体运行的指标,不足以表征储能电站的安全,因此,在前人基础上,采用区间层次分析法剔除弱权重指标,并提出了一套新的评价指标体系,包含6个一级指标和28个二级指标。

3 安全评价指标权重

确定指标权重的方法有主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法。表2总结了各类权重赋权方法的类别和特点。

表2 指标权重赋权方法

3.1 主观赋权法

主观赋权法主要依赖于专家的经验和知识来确定各指标的权重,这种方法的特点是定性分析指标的重要性,通常通过专家打分、评分等方式进行,主要有层次分析法(AHP)、优序图法、序关系分析(G1)法和德尔菲法。AHP为目前最常用的确定指标权重的方法之一,在整个电力领域应用广泛,AHP通过对准则层和方案层进行两两比较,构造判断矩阵,将定性指标量化,使决策者更加清晰地理解问题。文献[36-37]采用AHP计算指标权重,将复杂的评价问题层次化,根据实际情况,确定出目标层和准则层。其他主观赋权法,如优序图法、G1法和德尔菲法在电力领域也较为常用。主观赋权法主观倾向太强,受专家专业水平和工程经验影响显著,而且综合评价中当指标过多时,数据的统计量较大,权重计算复杂度增加。

3.2 客观赋权法

客观赋权法则是基于数据信息来确定权重的方法,这种方法不依赖于专家的主观判断,而是通过数理统计方法来实现,主要有熵权(值)法、主成分分析法、因子分析法和CRITIC法。熵权法是客观赋权法最常用的方法,能够客观地反映各指标在综合评价中的重要性,避免主观因素的影响,通过计算各指标的信息熵值来确定指标的权重。文献[38]根据往年的历史数据,用熵权法确定指标权重,并结合模型控制预测,实时跟踪储能SOC的计划值。文献[39]选取电池剩余容量、开路电压和直流等效内阻作为评价指标,并用熵权法计算指标权重。实际应用中,熵权法将指标作为独立的存在,忽略了指标间的相关性,同时对数据质量和样本性要求较高。主成分分析法和因子分析法两者都是通过降维的思想,‌用较少的新变量(‌主成分或因子)‌来概括原始数据中的信息,‌从而简化数据结构。‌CRITIC法主要通过使用标准差来表示指标的相关性对比强度,‌数据标准差越大,‌表明数据波动越大,‌权重就越高,适用于多指标多对象的综合评价问题,‌能够消除一些相关性较强的指标影响,‌减少指标之间信息上的重叠,‌从而得到更可信的评价结果。文献[40-41]综合考虑指标间的差异性和相关性,采用CRITIC法确定指标权重。在实际操作中,如何确保数据的代表性和准确性‌是CRITIC法的主要问题,且当数据分布不均和存在异常值时为了提高评价结果的准确性和适用性,还需要结合其他赋权方法进行综合分析。

3.3 组合赋权法

除了单独使用主观赋权法或客观赋权法外,还可以将两者结合起来,形成组合赋权法。组合赋权法是目前在指标权重赋权方面应用最多也是最合理的方法,这种方法旨在结合主观赋权法的灵活性和客观赋权法的客观可靠性,既能减少主观赋权法的主观性,也会减少数据变化导致权重的波动,获得更为准确和可靠的权重结果。常用的组合赋权法有乘积组合法、矩阵法、方差最小化法和博弈论法。文献[42]使用矩阵的思想定义主观权重和客观权重的重要系数,根据重要系数计算出各指标的综合权重。文献[43]采用模糊AHP法和熵权法计算主客观指标权重,用乘积组合法确定每个评估指标的权重。文献[44]采用一种改进的AHP方法来计算评价指标的主观权重,采用熵权法通过历史数据确定各指标的客观权重,两者结合可以综合考虑专家经验主观性和数据客观性,基于方差最小化的思想得到最优组合权重。文献[45]采用G1法确定指标主观权重,从根本上解决了判断矩阵可能不满足一致性检验的问题,采用CRITIC法确定指标的客观权重,用博弈论思想将主客观权重结合,提高评估的准确性和适用性。组合赋权法核心原理是将主客观赋权法确定的权重重新进行合理性分配,使得综合评价更加科学合理,权重计算的方法可根据实际情况更换,并不唯一。

4 综合评价方法

综合评价方法可分为主观评价法、客观评价法以及其他评价法,主观评价法包括模糊综合评价法、VIKOR法等;客观评价法包括优劣解距离法(TOPSIS)、灰色关联度法((GRA)、数据包络分析法(DEA)等;其他评价方法如云模型法、DS证据理论法等在综合评价中也应用广泛。 

4.1 主观评价法

模糊综合评价法的核心思想是将多个因素的影响关系表示为模糊逻辑关系,根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价,即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价,具有结果清晰和系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题。王宁等基于实际运行的锂离子电池储能电站数据,采用模糊综合评价法对电池整体健康状态进行综合评分。文献[46]分析影响锂离子电池组性能的关键因素,提出层次权重融合的模糊综合评价方法来定量评价电池的不一致性。但采用模糊综合评价法时,高度依赖专家的经验和知识,使得评价结果具有较强的主观性,适用性不高,此外不能解决储能电站安全评价指标间相关造成的评价信息重复问题,显著影响评价结果的准确性。

VIKOR法能够综合考虑决策者的心理偏好,并有效区分不同方案的差异,其核心思想是选择一个最接近理想解的替代方案,方法简单,易于实施。文献[47]综合考虑电池运行状态、储能配置经济效益和电池电网储能场景适用性,从技术性能、经济性能和安全性能3个维度建立评价指标体系,采用改进的VIKOR法对电池电网储能场景适用性进行综合评价。VIKOR法是一种多属性决策方法,其核心假设是单一决策者进行评价和选择,然而,在实际储能电站评价中,往往需要考虑多个决策者的意见和偏好,可能无法全面反映不同决策者之间的评价结果,影响结果的可信度。

主观评价法无法避免专家主观性以及专家决策思维的模糊性,有学者将多种主观评价法结合使用,以提高评价结果的有效性。文献[48]针对专家判断的不确定性,将区间层次分析法和模糊综合评价法相结合,降低权重的主观性,提升评价结果的可行性。文献[49]也将层次分析法和模糊综合评价法相结合,但是仍然无法避免专家的主观臆断,指标权重的主观性较大,计算复杂、隶属函数确定困难等问题也需进一步解决和完善。

4.2 客观评价法

TOPSIS法是应用最为广泛的客观评价方法之一,通过评估有限个评价对象与理想化目标的接近程度来进行排序,从而确定各评价对象的相对优劣,其结果能够精确地反映各评价方案之间的差距。文献[15]提出一种改进的TOPSIS法,对储能电站安全进行综合评估,与传统评估方法相比,此方法更能体现各储能方案间的优劣关系。文献[50]采用组合权重TOPSIS法评价中国镇江储能电站的实际运行效果,具有实际工程参考意义。TOPSIS在评价中存在无量纲化方法和距离度量参数不统一的问题,并且所求最优解随评价环境和和自身条件的变化而变化,导致评价结果不唯一[51]。

灰色关联度法(GRA)和数据包络分析(DEA)也是综合评价中具有较强客观性的方法。GRA法通过分析因素之间发展趋势的相似或相异程度,来量化因素间的关联程度,计算简单,在少量数据或数据质量较差的情况下也能适用。文献[52-53]采用GRA法对能源系统进行综合评价,对多种运行方案进行评价和排序,进而选择最优的方案。传统的GRA法在处理具有相反趋势的数据时存在一定局限性,如在储能电站中,储能单元电池失效率与电站的可靠性成反比,而GRA法的关联度总为正值,无法体现出指标间的负相关关系。DEA是一种适用于评价多输入多输出决策单元的系统评价方法,文献[54]采用DEA法建立了一个基于网络定向松弛的模型来评估整个电力系统和系统内部的效率。DEA模型对异常值相当敏感,统计数据的质量和测量误差都可能影响评价结果的准确性,此外 DEA无法对储能电站中的电池基本情况、员工技术水平等定性指标进行处理,常与其他评价方法如层次分析法等结合使用,将定性问题转化为定量问题进行分析。

4.3 其他评价法

云模型法结合模糊数学和概率论原理,能够综合处理定性和定量信息,适用于处理信息具有不确定性和模糊性的复杂评价问题,通过综合指标风险评价云图和评价标准云图进行对比,得出评价对象所处的风险等级,如图3所示,具有数据可视化、评价结果直观的优点。文献[55]充分考虑多个因素和指标,采用云模型法对电化学储能系统的工况适应性进行评价,并进行实例分析,检验了模型的科学性。文献[56]提出了一种双层改进云模型法,实现配电自动化远程终端单元的状态评估,与传统评估方法的比较,双层改进云模型法更适合实现配电网中自动化远程终端单元的状态评估。云模型法的计算过程相对复杂,需要进行大量的数据处理和参数计算,可结合层次分析法(AHP)和熵权法等赋权方法使用,还能解决评估指标种类多样、量化困难和主观性强的问题。传统云模型法中评价对象云的生成大多依靠经验公式,未能很好地反映出实际数据随机性,后续的研究中还需对云模型法进一步改进。


图3 云模型评价云图(修改自文献[57])

DS证据理论法能够处理不确定性问题,在故障诊断方面应用广泛。文献[58]采用改进的DS证据理论法实现油浸式变压器故障诊断的概率输出,提高了故障诊断的性能。文献[59]提出一种基于DS证据理论的电网故障诊断方法,所提出的诊断方法在故障快速反应、精准诊断定位、可靠决策支持和免人工干预等方面具有良好的应用效果。DS证据理论法能够综合不同专家或数据源的知识和数据,处理不确定性问题更加灵活,但在处理大量数据或高冲突的证据时,存在计算量大、数据冲突等问题。

国内外学者还将不同的评价方法结合起来,克服单一评价法的局限性。文献[60]采用TOPSIS与灰色关联度相结合的评价方法,该评价方法能够更好地反映评价方案之间的整体性,体现出指标之间的联系和区别。文献[61]采用基于云模型的改进模糊综合评价方法对风光储氢项目进行综合评价,改进后的评价方法充分考虑了不确定性和随机性,评价结果更实用。

4.4 评价方法分析

储能领域综合评价方面,已有很多国内外学者进行了相关研究,评价体系相对完善,各类评价方法的优缺点和适用性如图4所示。


图4 评价方法对比图

相比于主观评价法,客观评价法在客观性和适用性上更好,评价结果更准确,随着‌人工智能的应用和大数据的快速发展,储能电站的管理运行也趋向智能化,使用算法来评估和预测储能电站的安全愈发重要。因此,例如云模型和DS理论论据之类的算法评估方法得到更为广泛的应用,评估结果更加真实直观,适用性也更高。未来,随着储能电站数据进一步扩大,储能电站安全评估将结合机器学习等算法进一步实现应用发展。 

针对储能电站进行综合评价时,还存在以下问题:

评价方法较多,每种方法的侧重点和适用场景各有不同,仅采用主观或客观评价法无法解决自身局限性问题,应选择对主客观因素都能综合考虑的主客观综合评价方法,考虑评价对象的实际情况以及评价方法的可操作性,结合各种方法的优势,选择合适的评价方法。

储能电站还受到电网侧带来的不确定因素的影响,不确定性因素导致的随机性问题也是储能电站综合评价过程中需要克服的问题。

在实际项目安全评价过程当中,主要问题及风险集中在电池本体安全、电池管理系统、电池舱防爆措施、电池防灭火措施和手续合规性等方面,后续的评价研究还要考虑安全规章制度以及人为因素的影响。

目前,评价方法在储能电站安全评价过程应用相关研究多见于文献中,实际应用较少,以某电站为例,根据现场检查结果对电站安全风险进行评估,确定风险等级,提出消除或降低风险的管控措施或建议。首先将储能电站安全风险分为重大风险(分值<70)、较大风险(70≤分值<80)、一般风险(80≤分值<90)、低风险(分值≥90)四个等级,其次,将站址与平面布置、储能系统、消防系统、运行管理在总分中的权重比分别按照10%、35%、30%、25%执行,储能电站安全风险评估分值采用加权平均计算,总分100分,由各评估项目得分与项目权重比乘积后相加计算得到。

5 总结与展望

随着储能产业的发展,锂离子电池储能安全事故愈发频繁,对储能电站进行安全性综合评价至关重要,客观和准确的评价可以有效预防和减少储能事故的发生。本文总结了锂电池储能电站安全综合评价流程,详细分析了储能电站综合评价的指标体系、指标权重赋权和各类方法及研究现状,总结各类方法的适用性及应用场景,得到以下主要结论:

(1)现有文献中指标的选取大多具有主观臆断,对指标的来源及选取的原因并没有说明,指标选取不全面,缺乏表征整个储能电站运行的指标,不足以表征整个储能电站的安全,基于此,提出一套新的评价指标,包含6个一级指标和28个二级指标。此外,指标的选取还需考虑指标间的耦合影响,考虑实际运行当中电池老化以及投运后容量衰减的问题。

(2)指标权重赋权多用于组合赋权法,既能结合主观赋权法的灵活性和简洁性,又能结合客观赋权法的客观性和可靠性。

(3)安全评价方法众多,每种方法的侧重点各有不同,应选择对主客观因素都能综合考虑的评价方法,根据需要还可将主客观评价法结合使用,不同方法的适用场景和计算量各有不同,需结合评价方法的侧重点和储能电站的实际运行情况合理选择评价方法。

目前,各个评价机构和科研院所采用的评价方法、评价模型和评价标准不尽相同,这导致评价结果存在一定的差异和不确定性,且现有的安全评估技术主要针对传统的储能技术如锂离子电池,对其他储能技术适用性不高,建立统一的安全评估技术的体系架构和加强安全评估技术对储能电站整体的适用性也是未来的研究趋势。未来,指标的建立还需结合各类评价标准和测试项目,筛选出能反映储能电站运行工况的指标,构建覆盖多体系、多场景、动静结合的储能电站安全评价指标体系,开展覆盖电池单体-模组-簇-储能系统-储能电站的多层级安全评价技术。

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