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全钒液流电池：护航储能全生命周期安全
又一储能项目突发火灾，在推进储能成为全球清洁能源转型的进程中，是否要以安全作为代价?
2024年5月15日，据美国《圣迭戈联合论坛报》报道，美国加利福尼亚州圣地亚哥市南部的OTAY MESA Gateway储能电站突发火灾，火灾持续了一天多，产生了有毒烟雾和氢气。
2024年4月27日，位于德国尼尔莫尔(里尔区)商业区的锂电池储能集装箱起火，并且在救火过程中，有两名消防员受轻伤，经过大约10小时的紧张扑救，火势最终得到了控制。
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据不完全统计，2011年至今全球至少发生100起储能事故，其中42起事故是发生在2022年至2023年底。储能正在成为全球清洁能源转型的关键一步，但储能电站火灾却频繁涌现，或在于电池热失控无法从根源上断绝，然而，随着近期全球市场上储能电站爆炸事件的频发，电池的安全性引起了广泛关注，这一切都在说明电化学储能的安全标准、管理规范有待进一步提升。
01 储能市场的崛起与安全挑战
据中国电力企业联合会统计，电化学储能电站今年继续保持了高增长的态势，今年一季度，全国电力安委会19家企业成员单位总计新增投运电化学储能电站65座、总功率2.94GW、总能量6.40GWh。
如今，在MW级、乃至GW级别的电站高歌猛进的投运大潮中，一个电站凝聚数百万颗、乃至数千万颗电芯，安全成为绝不可忽视的关键议题和行业底线。
凭借高能量密度和较低初装成本，锂离子电池成为储能领域的绝对领军者，在2023年累计投运新型储能装机总量中占比高达97.4%。其中，磷酸铁锂电池是主流路线，占比94.4%。
频繁发生的储能安全事故不但造成了严重的经济损失，还对人员安全构成了较大威胁，在中国乃至全球储能市场迎来加速发展的关键节点，安全问题已经成为行业亟待解决的重要问题之一。
目前公开的储能电站事故情况，从爆炸的电池类型来看，仍以锂电池为主。锂离子电池的电池内部起火的主要原因之一是分隔正极和负极的隔膜发生损坏。如果该组件发生故障，则会在正极和负极接触时产生短路，发生这种情况时，由一系列有机溶剂组成的电解液容易升温并最终着火。且电池本身的设计以及外界的电、热干扰都会影响到储能系统的安全性。
新能源行业专家们认为，“锂离子电池不容易点燃，但是一旦变成火灾时，其火焰强度无法使用水灭火，还会出现如烟花一般的连环爆炸。”
02 安全是对储能电池最核心的要求
新能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，例如太阳能光照强度会受到时段、季节、天气的影响，风的速度和方向则随时可能发生变化，这些因素都会造成新能源发电的不稳定。
高比例的使用新能源发电，如果发电量与实际用电需求不一致，无论是输送电压超过电网的可接受能力，还是供电不足影响电网频率，都会造成电网负荷波动，影响供电安全。
过去，新能源发电占比不高，这一问题不突出。进入到2023年，我国新能源发电占比已超过16%，并且还在持续上升，这就需要全国范围内大量配置安全的储能。
相较于锂离子电池，全钒液流电池具有更好的安全性。全钒液流电池的电解液为钒离子的酸性水溶液，在常温常压下运行，不存在热失控风险，具有本征安全性。根据实证结果，在理论100%SOC下，即便将正负极电解液直接互混，温度由32°C升至70°C，全钒液流电池系统不会产生燃烧、起火等风险。
另一方面，从运行原理上来看，液流电池的电解液，储存在电池堆外的罐中。充放电时，正负极电解质会分别从循环泵进入电池堆，发生氧化反应，反应完成后，电解液会被重新泵回罐体中，照此循环往复，直到反应完全。由于电化学反应和整个充放电过程，都是在水性的条件下发生，没有燃烧爆炸的风险，可确保绝对安全。
液流电池在运行过程中不会产生有害物质，不会对人体造成伤害，其电解液可以通过回收和处理实现再利用，符合环保要求。
此外，根据一些已投用的液流电池的技术参数来看，其使用寿命长达25年，在100% DOD(100%深度放电)下充放电循环超过25,000次。
在使用场景方面，液流电池是一种符合大规模长时储能需求的技术。其不仅本征安全，且具有选址灵活、易部署的优势，不受地理环境的影响，可以充分满足储能系统集成商、风光电站、数据中心、5G基站等终端用户的多场景需求。
全钒液流电池原理图
03 政策要求与全钒液流电池的机遇
储能行业安全标准趋严，全钒液流电池优势凸显。随着储能安全问题日益显现，近年来海内外正加紧出台针对储能行业的安全规范与行业标准，例如美国于2016年率先发布全球第一项储能系统安全标准UL9540，对电化学储能、机械储能等不同类型储能系统的安全标准作出了明确规定。我国储能行业起步较晚，但随着近年来储能行业发展不断提速，储能安全问题愈发得到重视，相关政策文件陆续出台，行业标准逐步完善。国家能源局2022年6月印发的《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》中明确提出“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池”，且“锂离子电池设备间不得设置在人员密集场所，不得设置在有人居住或活动的建筑物内部或其地下空间”，对锂电池储能的适用范围进行了严格限制。随着储能行业安全标准的提升，安全性更佳的全钒液流电池将得到越来越多关注。
业内专家表示，“目前来看，尽管锂电作为储能技术的应用在成熟度和成本上最优，但随着长时储能需求成为主流，且要求进一步延伸，由于自身安全性挑战、扩展成本高的问题，目前的锂离子电池储能技术难以满足。因此，长时储能市场将被液流等更适合长时储能的路线取代。”
安全无小事，在推进碳中和、绿色能源革命的进程中绝不能以安全作为代价，要谋长久之计。液流储能科技有限公司将持续在储能安全领域加大研发投入，提升储能市场服务能力，为各种新能源场景的电池安全防护，提供更优质的解决方案。
