電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
當前，大型能源項目開發商、采購電力的公用事業都高度關注大規模的可再生能源項目（如風能和太陽能）。這些項目有利于多元化發展，在適宜的情況下，這些項目比化石燃料發電更加經濟。事實上，即使采用相對昂貴的電池儲能作為備用，它們的成本依然可控，勝過其他選項。最典型的例子是NextEra最近承諾為西部農民電力合作社（WFEC）建立一個700MW的風能/太陽能/電池儲能項目[1]。表面上，開發商精心策劃項目，老練的電力買家承諾從這個以儲能為賣點的項目中購買平穩輸出，但這是不是意味著與大規模電池儲能相關的技術風險已得到處理？
19世紀初人類發明了電池，因此我們已經用了200多年的時間來研究和完善電池的基本屬性，例如循環壽命、效率、生命周期成本、能量密度以及涉及健康和安全問題——火災風險和排放的有害氣體。當今電網儲能使用的許多電池技術多數也是成熟技術，很多已經使用了約莫20年，只是作為大規模電網儲能使用的時間較短。大容量儲能范疇中最突出的電池類別包括固態電池和液流電池。鋰離子（Li-ion）和鈉硫（NaS）是典型的固態電池，今朝用于大規模的電網使用。氧化還原液流電池（RFB）是最常見的液流電池形態，據儲能協會的說法，液流電池適用于額定功率從幾十千瓦到幾十兆瓦不等且存儲時間為2到10小時的使用場景。
今朝我們每天都能獲得有關電力交易市場的新聞報道，住宅、商業和工業設施中的儲能系統使用正在快速增長。某些范疇的增長實際上比相關官方標準的制定還要快，這些標準包括負責確保安全的設計指南，特別針對在涉及住宅和公共場所（例如商業場所）的儲能使用。我們都聽說過配備電池的平衡車以及便攜式計算機、手機和電動車（EV）發生火災甚至爆炸。因此，當我們開始在家庭和企業中批量接入電池系統，并計劃在家庭和公共場所連接電動車并為其例行充電時，首先我們要確保火災不是最普遍的威脅。
值得慶幸的是，這些問題得到了美國國家消防協會（NFPA）的充足關注。某些NFPA標準與儲能相關，包括NFPA110，應急和備用電源系統標準[2]以及NFPA111，電儲能應急和備用電源系統[3]。此外，NFPA正在開發NFPA855（儲能系統安裝標準）[4]。該組織還提供有關要怎么樣解決光伏（PV）和儲能消防的基礎培訓，并參與相關范疇的研究[5]。
在某些行業的儲能部署中，世界上的其他地區可能領先于美國。即使在正在快速部署的國家，也有跡象聲明所有已知缺陷并未得到處理。據報告，2018年韓國有23個電池儲能裝置發生了火災。雖然沒有提供正式報告，但從公用事業和工業系統事故調查中獲得的可用信息聲明，許多事故的安裝和電池管理系統不當。政府要求將儲能退出運行，直到調查結束為止。（中國國家電網公司仿佛也暫停或暫緩了電網側大規模儲能項目。）
美國有記錄的大規模電網儲能事故要少于韓國，但并非沒有。在美國的儲能設施中，至少發生了三起與電池有關的大火。2012年，一場大火燒毀了夏威夷卡胡庫風電場的15MW電池儲能設施。該設施在大火發生前，分別于2011年和2012年發生了幾次小事故。火災歸因于電池充電系統中的電容器和逆變器故障。
亞利桑那州公共服務（APS）于2019年4月在2MW的鋰離子存儲系統上發生了火災和爆炸。變電站中安裝的由Fluence公司提供的電池系統用來幫助平衡本地電網中太陽能發電的變化。事故原由仍在調查中。APS還經歷了2012年的一次電池大火，最早Electrovaya為Flagstaff的變電站提供的1.5MW系統。盡管發生了這些不幸事故，APS仍致力于執行今年早些時候，2月份火災發生前，宣布的計劃——在將來幾年中部署850MW電池儲能。
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2017年5月拍攝的這張照片由亞利桑那州公共服務部門提供，顯示了亞利桑那州公共服務部門在亞利桑那州Buckeye附近建設的FestivalRanch2MW儲能系統。2019年4月，一組相同的電池包著火爆炸，大火導致八名消防員和一名警察受傷送醫。因此，公用事業為大型電池儲能的指數增長需要做更充足的準備以應對可能出現的挑戰和風險。圖片來源：亞利桑那州公共服務，美聯社
在韓國出現的問題聚集在鋰離子技術之后，NFPA一直將重點放在電池行業，甚至引起了電池行業的關注，因為主要是由于價格下降，鋰離子技術已成為廣泛使用的首選技術。報告顯示，過去五年來，鋰電池成本下降了70％以上[6]，并且有望持續下降。原由包括制造商的快速增長和更具成本效益的新型電池化學。這兩個事實都是樂觀的原由，也是隨著越來越多的公用事業和其他用戶采用電池儲能技術而獲得繼續高度關注的原由。
電力行業電池儲能項目披露的迅速增加聲明公用事業、項目開發商和投資者已經對項目風險有所知道。這種信任可能是由于：像DNV-GL這樣的公司對新使用和化學物質的認證；使用通過質保涵蓋有缺陷產品的商業策略；要求總包商（EPC）打包儲能項目的建設和運營；更復雜的儲能系統監視、控制和維護設計。無論使用何種風險緩解措施，當下隨著我們對迅速發展的電池儲能技術和經驗上的積累，電力行業還需要時刻保持警戒。其他關于電池儲能安全的公眾教育和宣傳也是有價值的。
參考文獻：
[1]https://www.greentechmedia.com/articles/read/nextera-inks-even-bigger-windsolarstorage-deal-with-oklahoma-cooperative#gs.3xwyl7
[2]https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=110
[3]https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=111
[4]https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=855
[5]https://www.nfpa.org/News-and-Research/Resources/Emergency-Responders/High-risk-hazards/Energy-Storage-Systems
[6]https://www.bloomberg.com/press-releases/2019-08-06/navigant-research-report-shows-lithium-ion-battery-prices-are-expected-to-fall-at-an-average-annual-rate-of-6-5-for-the-next
BatteryEnergyStorage:AreAlltheBugsOut?
ThepowerindustryneedstoremainvigilantaswegainexperiencewiththerapidlyevolvingESStechnologiesnowonthescene.
https://www.tdworld.com/energy-storage/battery-energy-storage-are-all-bugs-out
DavidShadle|Sep18,2019
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