储能是促进能源转型升级的重要支撑技术,以磷酸铁锂电池为代表的电化学储能技术已迈入规模化应用阶段。近年来,韩、美等国电化学储能电站火灾事故频发,安全已成为制约其发展的最大瓶颈。目前,世界范围内尚无有效的电化学储能火灾防控技术,主要原因是:①热失控机理复杂、演变过程不清,传统探测反应滞后、精准度低。②电池老化呈非线性时变特征,难以预判电芯缺陷。③电池复燃抑制困难,缺乏有效的灭火技术。④现有消防标准体系不健全,安全设防等级低、风险大。
国网江苏公司联合清华大学、应急管理部天消所等储能消防领域一流团队,依托国际、国网科技项目等,产学研用攻关,突破理论机理、缺陷辨识、灭火抑制等关键技术,发布首个储能消防标准和典型设计,研制的安全防消成套装置实现了广泛应用。
(1)首创考虑梯度时程的电池热失控气体预警技术。提出电池模组电化学-热平衡迭代理论,建立磷酸铁锂电池热失控“电-热-力-气”耦合演变模型,揭示了热反应诱发机理,实现梯度时程下特征参量定量映射;首创计及空间气流扰动的H2、CO等特征气体预警技术,预警时间较传统烟感提前10分钟,显著降低火灾风险,填补国内外空白。
(2)发明基于衰老规律的电池缺陷动态感知及诊断技术。提出表征衰老特性和恒虚警概率模型的电池缺陷预判方法,预测电芯典型故障概率;研发自迭代、自调整、自适应的预诊断分析决策系统,动态优化运行策略参数,有效延长电池使用寿命。
(3)研发电池热失控-火灾阶段式精准控制及高效灭火技术。提出考虑时序分级、协同联动的火灾精准分级控制技术,实现储能电站火灾精准响应、有限损伤;首创模组级细水雾高效灭火技术,研制储能用细水雾灭火成套装置,灭火不复燃,降温抑制能力较七氟丙烷提升***倍,攻克了电池火灾难扑灭、易复燃的难题。
项目授权发明专利21件,发表论文42篇(SCI检索18篇),软件著作权10项,发布团标8项,出版专著2部。刘吉臻院士领衔的鉴定委员会认为“整体居于国际领先水平”。美中绿色能源促进会高度评价:“为储能电站的稳定运行建立了安全屏障”。
成果用于江苏、青海等10省储能项目,建成了世界规模最大的***苏州昆山储能电站,入选国家能源局首批科技创新示范项目。成果还在英、美等国应用,可推广至交通、通信等行业。项目推动了我国储能产业发展,对落实国家“双碳”战略目标具有重要价值。
评价单位:“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团 (中国电工技术学会)
评价时间:2022-09-05
综合评价
安全是储能产业持续发展的基本保障。近年来,韩、美等国电化学储能电站火灾事故频发,世界范围内尚无有效的电化学储能火灾防控技术。攻克该难题是储能实现规模化发展的关键,对推动我国储能产业发展、落实国家“双碳”战略目标意义重大。
项目突破了规模化储能电站电池热失控理论机理、缺陷辨识、灭火控制等关键技术,填补特征气体预警技术国内外空白,火灾预警时间较传统烟感提前10分钟,自主研制灭火系统成套设备,灭火不复燃,发布国内外首个锂电储能消防专项标准和典型设计。项目技术难度大,创新性突出,整体达到国际领先水平。
成果用于江苏、青海、新疆等10省市储能项目,建成世界规模最大的苏州昆山110.88MW/193.6MWh储能工程,入选国家能源局首批科技创新示范项目。成果还在英、美等国应用,累计总容量超1.7GWh,可推广至交通、通信等行业。近三年产生经济效益11.32亿元,极大避免火灾事故损失,经济效益、社会安全效益显著。
项目成果革新了储能安全防护模式,建立了储能电站安全屏障,有力推动了储能产业发展,支撑国家能源转型升级。
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