三元鋰電池被“除名”背后：儲(chǔ)能如何跨越安全和成本兩道坎

可再生能源持續(xù)增加，全球都在加速布局儲(chǔ)能，以平抑新能源增加帶來(lái)的電力間歇性以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

除了跟電網(wǎng)匹配的大型儲(chǔ)能，隨著市場(chǎng)主體不斷追求低碳的腳步，儲(chǔ)能產(chǎn)品正逐步走入工廠。在美國(guó)、日本、德國(guó)等地，儲(chǔ)能產(chǎn)品已走入家庭。

新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，關(guān)鍵在于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的部署，而儲(chǔ)能的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，安全和低成本是關(guān)鍵。

圖說(shuō)：特斯拉家用儲(chǔ)能

來(lái)源：National Renewable Energy Lab

在中國(guó)，近期也不斷出臺(tái)政策，促進(jìn)和規(guī)范儲(chǔ)能的發(fā)展，并對(duì)相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)提出要求。

今年2月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，明確除抽水蓄能以外的其他所有儲(chǔ)能技術(shù)和形式，即新型儲(chǔ)能，到2025年儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段、具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。

5月，國(guó)家能源局綜合司發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理的通知》，從電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理、電站規(guī)劃設(shè)計(jì)安全管理、做好電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)備選型、嚴(yán)格電化學(xué)儲(chǔ)能電站施工驗(yàn)收等七個(gè)方面對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全提出了具體措施。

6月29日，國(guó)家能源局又發(fā)布《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見(jiàn)稿)》。

《意見(jiàn)稿》針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故防范，提出了詳細(xì)要求，包括：

1)中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動(dòng)力電池;

2)選用梯次利用動(dòng)力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評(píng)估;

3)鋰離子電池設(shè)備間應(yīng)單層布置，宜采用預(yù)制艙式。站房式鋰離子電池設(shè)備間，單個(gè)防火分區(qū)電池容量不宜超過(guò)6MWh;超過(guò)6MWh時(shí)，室內(nèi)應(yīng)設(shè)置固定自動(dòng)滅火系統(tǒng);

……

盡管跟電站匹配的中大型儲(chǔ)能方式有很多種，包括以抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能為主的機(jī)械儲(chǔ)能，電磁儲(chǔ)能，電化學(xué)儲(chǔ)能等，但國(guó)家連續(xù)針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能做出要求，這次干脆把三元鋰電池、鈉硫電池踢出中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站之列，說(shuō)明政策制定者把儲(chǔ)能設(shè)備的安全性放在首位考慮。

一方面電化學(xué)儲(chǔ)能不受自然條件影響，具有能量密度高、工作電壓大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充電速度快等的特點(diǎn)，可以比較方便布置;另一方面，電化學(xué)本身就會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，一旦出了故障，不易撲滅。從全球看，盡管儲(chǔ)能規(guī)范與技術(shù)日益成熟，但跟電化學(xué)儲(chǔ)能相關(guān)的火災(zāi)事故仍無(wú)法幸免。

2018~2021年間，全球儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)事故次數(shù)日益，期間光韓國(guó)就累計(jì)27起，最令人震驚。

2019年4月，美國(guó)亞利桑那州儲(chǔ)能火災(zāi)，造成四名消防員受傷;2021年北京大紅門儲(chǔ)能電站起火爆炸，一名值班電工遇難、二名消防員死亡、一名消防員受傷;2021年7月底，在澳大利亞維多利亞州世界上最大的電池基地之一的特斯拉Megapack儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生爆燃，延燒了四天;今年3月底，中國(guó)臺(tái)灣龍井儲(chǔ)能案場(chǎng)也發(fā)生失火意外……

不論是全球主要儲(chǔ)能系統(tǒng)使用的三元鋰電池，或是中國(guó)目前主力的磷酸鐵鋰電池，儲(chǔ)能系統(tǒng)都必須回歸到最根本的安全，才是發(fā)展的基石。

圖說(shuō)：澳大利亞曾發(fā)生特斯拉儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)

來(lái)源：Country Fire Authority

美韓經(jīng)驗(yàn)：儲(chǔ)能安全需持續(xù)健全規(guī)范

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)有上百至上萬(wàn)顆的電池，一旦起火，處理難度很高，也可能延燒擴(kuò)大，因此，除了儲(chǔ)能產(chǎn)品本身合格、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和管理非常重要外，還必須搭配消防規(guī)范，才能有效降低風(fēng)險(xiǎn)。

這方面，可參考和學(xué)習(xí)美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)的規(guī)范。

儲(chǔ)能失火經(jīng)驗(yàn)慘痛的韓國(guó)，于2018年公告鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)防火安全指引(KFS 412)，之后連續(xù)于2019年、2020年公布調(diào)查報(bào)告。通過(guò)一連串管制，2020年與2021年韓國(guó)關(guān)于儲(chǔ)能的事故果然大幅下降。

不過(guò)，今年韓國(guó)儲(chǔ)能火災(zāi)再度增加，5月，韓國(guó)能源部公布新一輪的儲(chǔ)能系統(tǒng)安全措施，從限制電池荷電、定期檢查等地方加強(qiáng)防護(hù)。

美國(guó)的儲(chǔ)能規(guī)范起源較早，2014年民間檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室UL公布全球第一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)(UL 9540)?！秶?guó)際消防規(guī)范》(IFC)2018版本也納入儲(chǔ)能消防規(guī)定。2019年NFPA(美國(guó)消防協(xié)會(huì))再提出定置型儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)(NFPA 855)。

截至今年，這些標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)仍持續(xù)更新，各州則依當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)采用。

美國(guó)的UL 9540標(biāo)準(zhǔn)，是把儲(chǔ)能產(chǎn)品安規(guī)跟儲(chǔ)能消防規(guī)范區(qū)分開(kāi)來(lái)，重點(diǎn)不盡相同。產(chǎn)品安規(guī)是對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括電力、機(jī)械、流體、環(huán)境等。消防規(guī)范則為降低災(zāi)害規(guī)模，包括儲(chǔ)能柜的能量限制、與鄰柜的安全距離，消防設(shè)備、供水、火災(zāi)偵測(cè)等項(xiàng)目。

UL于2014年公布UL 9540，也是全球第一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)。UL是美國(guó)的安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，非屬官方、也非強(qiáng)制性，但其影響力不容小覷。例如，Amazon美國(guó)站從2018年起下架未取得UL認(rèn)證的車充、電池及充電器等產(chǎn)品，作為其網(wǎng)站上電子產(chǎn)品的安全把關(guān)。

一套儲(chǔ)能系統(tǒng)由電池芯、模塊、電池管理、電力轉(zhuǎn)換等子系統(tǒng)組成，UL對(duì)各子系統(tǒng)都有不同的認(rèn)證方式。

其中，UL 9540所指的是整體完成后的“儲(chǔ)能系統(tǒng)”的安全標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，要取得這項(xiàng)認(rèn)證，不僅要通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，從一開(kāi)始的設(shè)計(jì)到各子系統(tǒng)的使用也須全面檢視，涵蓋面完整，因此被視為最嚴(yán)格的儲(chǔ)能系統(tǒng)認(rèn)證。

高安全和低成本是電化學(xué)儲(chǔ)能未來(lái)

對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，新型儲(chǔ)能的發(fā)展空間非常廣闊。中科院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組組長(zhǎng)陳永翀說(shuō)，盡管我國(guó)的儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模世界第一，但儲(chǔ)能與風(fēng)電光伏新能源裝機(jī)規(guī)模的比例(簡(jiǎn)稱“儲(chǔ)新比”)不到7%;相對(duì)而言，其他國(guó)家和地區(qū)的平均儲(chǔ)新比已達(dá)15.8%。

隨著新能源發(fā)電規(guī)模的快速增加，我國(guó)儲(chǔ)新比還有很大的增長(zhǎng)空間。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成、安全防護(hù)等技術(shù)不斷升級(jí)，液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)不斷突破，得到了越來(lái)越多的資本和市場(chǎng)認(rèn)可，產(chǎn)能和項(xiàng)目規(guī)劃都在緊鑼密鼓進(jìn)行中。

據(jù)高工鋰電不完全統(tǒng)計(jì)，2022年開(kāi)年以來(lái)，國(guó)內(nèi)投擴(kuò)建儲(chǔ)能項(xiàng)目涉及金額達(dá)540.44億元，涉及規(guī)模超81GWh。

在整個(gè)儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，隨著電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)用成本快快速下降，其規(guī)模也大幅提高。其中，目前建設(shè)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目80%以上都是鋰離子電池，占比最高;其他類型，例如液流電池、鉛酸電池、儲(chǔ)熱蓄冷等占比較小。

圖說(shuō)：近年國(guó)內(nèi)化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模

來(lái)源：英大證券研究所

近5年，鋰電池能量密度提高了1倍以上、循環(huán)壽命提高了2至3倍、應(yīng)用成本下降超過(guò)60%。

但讓業(yè)界擔(dān)憂的是，最近因?yàn)樵牧蟽r(jià)格維持高位，導(dǎo)致儲(chǔ)能成本不斷上升。儲(chǔ)能電池的成本占整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%以上，上游原材料價(jià)格的持續(xù)走高，導(dǎo)致下游儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)成本進(jìn)一步承壓。

2月，鋰電池上游原材料價(jià)格維持高位，導(dǎo)致四大關(guān)鍵材料價(jià)格難降。其中，磷酸鐵鋰材料均價(jià)達(dá)16-17萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料均價(jià)達(dá)3.5-4.8萬(wàn)元/噸，9μm濕法隔膜均價(jià)達(dá)1.3-1.55元/平方米，電解液均價(jià)達(dá)10-12.05萬(wàn)元/噸。

儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的上升，導(dǎo)致儲(chǔ)能項(xiàng)目中標(biāo)價(jià)格上漲。根據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)的招投標(biāo)價(jià)格來(lái)看，2月儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格最低為1.41元/Wh，最高達(dá)到1.97元/Wh;目前儲(chǔ)能系統(tǒng)的平均價(jià)格已經(jīng)上漲到1.8元/瓦時(shí)，相比于2021年的1.5元/瓦時(shí)，上漲了20%。

不僅如此，加大安全投入也會(huì)增加儲(chǔ)能項(xiàng)目成本。

為此，專家建議，要加快建立新型儲(chǔ)能價(jià)格等成本疏導(dǎo)機(jī)制。當(dāng)前有關(guān)部門已出臺(tái)加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)、“十四五”實(shí)施方案等，鼓勵(lì)儲(chǔ)能項(xiàng)目通過(guò)電力市場(chǎng)疏導(dǎo)成本、獲取收益。但目前參與市場(chǎng)的準(zhǔn)入條件、交易機(jī)制等細(xì)則尚未明確，各側(cè)儲(chǔ)能缺乏成熟的商業(yè)模式，企業(yè)安裝儲(chǔ)能的積極性并不高。

國(guó)網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計(jì)研究所副所長(zhǎng)黃碧斌建議，國(guó)家應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能參與市場(chǎng)機(jī)制，完善電網(wǎng)側(cè)替代性儲(chǔ)能價(jià)格疏導(dǎo)機(jī)制，完善峰谷電價(jià)、尖峰電價(jià)政策，優(yōu)化峰谷電價(jià)價(jià)差，為用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展創(chuàng)造空間。

總之，儲(chǔ)能要走規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化之路，一方面需要鼓勵(lì)不同技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)，另一方面，高安全、低成本、可持續(xù)則是共同目標(biāo)。