電池儲能電站的安全性問題

電池儲能電站的安全性問題化學(xué)電池儲能電站有許多優(yōu)點(diǎn)，在可再生能源進(jìn)展中應(yīng)當(dāng)很好地加以利用。但是。化學(xué)電池也有缺點(diǎn)，其中最重要的是平安性問題。我們必需承認(rèn)電池組是一種含高能物質(zhì)的部件，具有危急性的本質(zhì)。而且，隨著電池比能量和比功率的提高，發(fā)生事故的危急性將增大。平安性的衡量尺度平安性的實質(zhì)就是事故概率。平安因素掌握得好，發(fā)生危急事故的概率就降低。影響電池平安事故的因素應(yīng)包括電池的品種、設(shè)計水平、生產(chǎn)質(zhì)量、總?cè)萘?、使用時間的長短、平安措施的有效性、使用的合理性、其它(意外)因素等，其中電池的品種最為根本。平安性既然是一個事故概率問題，它就可以用數(shù)值來表示。例如在核反應(yīng)堆設(shè)計時，平安性要達(dá)到10-5或10-6/堆年;而對于飛機(jī)，平安性要達(dá)到飛行109小時無機(jī)毀人亡事故。要達(dá)到如此低的事故概率，除了要有高水平的設(shè)計、制造外，還要在運(yùn)行中有一套嚴(yán)密的操作規(guī)程和嚴(yán)格的修理保養(yǎng)制度來保障。隨著可再生能源的進(jìn)展，化學(xué)電池儲能電站建設(shè)已經(jīng)逐步綻開，化學(xué)電池儲能電站的平安性問題(事故概率)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)時地加以仔細(xì)討論。鈉硫電池的平安性近5-6年來，我們曾經(jīng)一再指出鈉硫電池的平安性差?？墒?，企業(yè)片面地從技術(shù)新奇性動身，先是全力支持國內(nèi)研發(fā)，后又熱衷于高價購買日本礙子(NGK)公司制造的鈉硫電池儲能電站，并稱日本的幾十座鈉硫電池儲能電站20年來未發(fā)生事故。事有湊巧，正與日商討價還價之際，2011年2月和9月日本接連燒掉兩座鈉硫電池儲能電站，尤其是三菱材料筑波制作所的那座鈉硫電池儲能電站，于2011年9月21日7時20分左右發(fā)生火災(zāi)，經(jīng)掩蓋沙子等滅火手段，到當(dāng)天16時左右火勢方才轉(zhuǎn)弱，但未完全撲滅，直到10月5日下午3時25分大火才最終熄滅，共燒了整整兩星期。其后，NGK公司要求客戶在事故緣由查明之前暫時停止使用鈉硫電池，并同時宣布暫停生產(chǎn)鈉硫電池。至此，我方購買日本鈉硫電池儲能電站之事方肯暫停了?？梢源致缘毓浪愠鋈毡锯c硫電池儲能電站的事故概率大于10-3/站dot;年，換句話說，建1000座與日本平均容量相當(dāng)?shù)拟c硫電池儲能電站，每年可能燃燒的就不止一座。此事提示人們，大規(guī)模使用儲能電池時，應(yīng)當(dāng)參考核電站那樣事先仔細(xì)評估其平安性。鋰離子電池的平安性鋰離子電池中的電解液是用易燃的溶劑配制而成，正、負(fù)電極上的氧化劑和還原劑只隔一層約20微米厚的隔膜，在達(dá)到肯定溫度時氧化劑和還原劑均易與電解液發(fā)生大量生熱的化學(xué)反應(yīng)，電池組又是在高電壓、大電流下運(yùn)行?，F(xiàn)在，電動公交車的鋰離子電池裝載量約為200千瓦時，事故率已不低(10-3/車dot;年)。一個20兆瓦時的儲能電站的電池容量大于電動公交車百倍，如用品質(zhì)相當(dāng)?shù)匿囯x子電池，其事故概率就有可能也將大百倍，即可達(dá)到10-1/站dot;年(10年可能燒一次)?？梢姡囯x子電池的平安性也值得重視。要將使用電池(特殊是鋰離子電池)作為使用易燃、易爆物品和高電壓器件一樣對待，要制定并嚴(yán)格執(zhí)行平安設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范。與鋰離子電池類似的有機(jī)電解液超級電容器，具有高比功率、超長壽命、較高電壓等突出優(yōu)點(diǎn)，可解決短時間、大功率儲-放電問題，也有的儲能電站將其與電池并聯(lián)使用，以提升和擴(kuò)展電站的功能。有人認(rèn)為，這種超級電容器比能量低，平安不會有大問題。但是，美國夏威夷Kahuku島30兆瓦風(fēng)電場的15兆瓦電池儲能電站，使用了Dyna公司超級電容器，發(fā)生三次著火引發(fā)大火(2011年4月、2012年5月及8月1日)，給人們敲響了警鐘。水電解液電池的平安性當(dāng)前使用最多的水電解液二次電池是金屬氫化物/鎳電池和鉛酸電池，前者的電解液是堿性水溶液，后者是酸性的水溶液。這些電解液泄漏時有腐蝕的危急，不過燃、爆性要低得多，但是也并非肯定不會出問題。2012年4月，山東淄博一輛使用鎳氫電池的公交車發(fā)生大火，緣由可能是負(fù)極儲氫合金與正極氧化鎳用量設(shè)計不當(dāng)，導(dǎo)致電池中積累了氫氣。鉛酸電池在過度充電時也會發(fā)生水電解成氫氣和氧氣，不過，這個問題已經(jīng)解決得比較好。因而鉛酸電池是平安性最高的電池，而且價格低廉，循環(huán)壽命和比能量也在不斷提高中?？梢源笠?guī)模蓄電的液流電池近些年進(jìn)展快速，得益于其使用水電解液而具有極低的爆燃危急性。但是，新近消失的鋅-溴液流電池和鋅-氯液流電池，雖然有些優(yōu)點(diǎn)，但是元素態(tài)的溴和氯有毒性和腐蝕性，在大規(guī)模蓄電站中使用，務(wù)必做好防止有毒氣體泄漏的事故發(fā)生。2011年國內(nèi)曾有人提出有機(jī)電解液的液流電池新體系構(gòu)想，并欲申請2012年國家863方案項目。假如，成千上萬立方米的有機(jī)電解液成天在儲能電站的簡單管道中流淌，一旦發(fā)生事故后果將不堪設(shè)想。明顯，這樣的有機(jī)電解液新體系，已與液流電池的高平安性初衷背道而馳，難有有用前景。重視新型水電解液電池進(jìn)展大規(guī)模蓄電的儲能電站，務(wù)必將平安放在一切需要考慮的問題之首。儲能電站作為經(jīng)營單位，經(jīng)濟(jì)效益也很重要，應(yīng)當(dāng)使用能量轉(zhuǎn)換效率高、壽命長、造價和運(yùn)行成本低、適當(dāng)兼顧比能量的電池。因此，當(dāng)前應(yīng)高度重視新型水電解液電池的進(jìn)展與應(yīng)用：1.大力進(jìn)展能量轉(zhuǎn)換效率高于80%、造價低于2元/瓦時、循環(huán)壽命達(dá)10000次的新型液流電池;現(xiàn)有液流電池也應(yīng)提高到這個水平。2.在持續(xù)治理鉛污染的同時，樂觀支持研制比能量大于50瓦時/千克、循環(huán)壽命達(dá)3000次、價格低于0.6元/瓦時的新技術(shù)鉛酸電池。3.鼓舞進(jìn)展比能量大于50瓦時/千克、循