工商业储能的“安全方法论”
2024年4月底，温州针对工商业储能电站启动了一场消防整改。无独有偶，2024年5月杭州两部门也联合发布了《关于做好我市电化学储能电站建设工程消防设计审查验收管理工作的通知》。种种动作让工商业业主不免在心里犯嘀咕：工商业储能电站到底安不安全?
在探究这个问题之前，首先要明白，为什么储能会有不安全的说法。
01丨可怕的热失控
Thermal Runaway
温度是影响储能内电芯稳定性的关键因素。主要表现为高温会使电芯的内部材料发生分解(最开始是SEI膜)，导致负极中的锂离子与电解液发生反应，把电池温度进一步推高，随之正极和电解质都会发生分解，隔膜局部收缩，引起正负极直接接触、导致大规模短路，剧烈的氧化还原反应放出大量可燃气体和热量，热量又给气体加热，膨胀的气体冲破电芯壳体，把热量向周围传播，热失控蔓延，达到最激烈的状态，发生燃烧爆炸。
【锂电池内部结构图】
热失控的可怕之处在于，整个过程是温度连续升高的正反馈，并且一旦正负极直接接触，整个热失控就已经无法停止。只有等待反应物全部耗尽，热失控过程才能自然终止。
有人可能会问，无法用水扑灭着火的电池么?实际上，水基灭火剂可以冷却过热的电池，但并不能完全扑灭火灾。因为热失控的反应产物中有氧气，会产生一次又一次复燃。并且，锂电池与水直接接触，同样容易造成短路与二次燃烧。2024年5月美国Gateway储能电站火灾就足足烧了11天。与其说是被扑灭，不如说是烧光了。
02丨冷静的温控系统
Thermal Management System
不知道听完对热失控的描述，你是否已经认定：储能果然危险!
客观规律性固然不可改变，主观能动性却可折长补短。知道了热失控的原理，就能针对性地采取手段避免热失控。比如为储能系统增加温控系统(或叫热管理系统)。储能温控系统通过节能变频制冷机组耦合电辅热等方案，实现系统内外高效换热、系统内温度自动调节，以保障电池的安全、稳定、高效运行。
储能温控系统通常由热传感器、冷却系统(可能是液态或气态冷却介质)、热交换器、控制单元等部分组成。目前储能温控系统技术路线主要分为风冷和液冷两种。看一个工商业储能系统是风冷还是液冷，最直观的方式就是观察PACK，PACK上有风扇的为风冷，无风扇有管路连接的为液冷。
【风冷原理示意图】
风冷的优势在于技术成熟、设计与安装维护相对简单，还具备一定的除湿能力。劣势在于占用空间更多，且冷却效果不如液冷好。
【冷板式液冷原理示意图】
液冷的优势在于冷却效率比风冷好，调温响应快、精度高，在相同功耗下液冷电池包的最高温度比风冷低3~5℃。同时，液冷的散热器体积较小，因此对空间的需求小。但劣势在于液冷的设计更为复杂，维护比风冷麻烦，需要定期检测漏液与及时补充冷却液。
【风冷(左)与液冷(右)冷却效果对比】
虽然风冷与液冷二者各有优劣，但不可否认的是，随着电芯单体能量密度不断增加、对散热效率要求越来越高，液冷将成为市场主流技术路线，占据绝大部分份额。
比如贝盛BES-Cube 261工商业储能柜就选取了效果更佳的液冷温控方案，并结合精细化热管理策略，使系统温差≤2.5℃，让每一颗电芯保持“冷静”工作，既从根源上最大程度避免热失控的形成条件，又延长了电芯寿命。另外，液冷方案有利于采用一体化高度集成设计，使得单柜占地面积仅1.4㎡，布局灵活。
03丨兜底的消防系统
Fire Suppression System
再精密的仪器也有故障的可能，温控系统虽好，也不敢说一劳永逸地解决了热失控风险。于是，研发人员又为储能系统增加了一套用来兜底的消防系统。这是储能系统的又一道保险。
消防系统一般由探测器(如可燃气体探测器、温感探测器、烟感探测器等)和自动灭火系统组成。探测器与自动灭火系统在结构上既可以做到储能柜级配置，又可以更进一步做到PACK级配置，在这方面目前国家标准并无强制性要求，全看厂商选择。
自动灭火系统的差异主要体现在灭火剂的选择上。灭火剂分为气体灭火剂、水基灭火剂，气体灭火剂快速降温性能更好，水基灭火剂持续冷却性能更佳。气体灭火剂目前用的最多的是七氟丙烷以及全氟己酮，其中，全氟己酮以其较七氟丙烷更优越的性能逐渐成为主流选择。水基灭火剂的主要表现形式为细水雾。另外，还有近年逐渐开始应用于储能的气溶胶灭火剂——通过喷洒微小的固体或液体颗粒(如锶盐等)来形成气溶胶，通过化学作用和物理作用来抑制火焰的燃烧。
为了尽可能的防止复燃，目前业内常用的做法是采用“多次气体喷射”的加强型配置或“气体+细水雾”的复合型配置。
在具体运行过程上，当火灾探测装置探测到火灾报警信号时，会将报警信号传输至火灾报警控制装置，火灾报警控制装置发出启动信号。灭火装置引燃内部的驱动药剂并产生大量气体，驱动腔室内压力升高，推动活塞至装置前端的爆破片破开，灭火剂经喷头释放至防护区内部，达到迅速降温灭火的功能。如下图所示。
【消防系统工作过程示意图】
作为兜底的消防系统会为工商业储能安全“最后一公里”保驾护航。以贝盛BES-Cube 261工商业储能柜为例，就采用高灵敏度传感器，制定多级预警策略，精确监测热失控参数信息。并通过灭火、控制一体化设计节约空间。配备柜级消防与PACK级消防二合一体系，坚定为安全加码。
04丨周全的热仿真
Thermal Simulation
虽然有了温控系统和消防系统，但肯定还是会有人疑惑：现实情况那么复杂，系统实际运行起来真的有效么?
于是，热仿真上场了。
热仿真可以视为是一种虚拟实验。它可以在不做出实际产品的前提下，通过输入一系列的信息数据，来计算和模拟储能系统在不同运行场景下产品的温度与散热情况。
通过储能热仿真，可以提前发现和解决储能系统在热管理方面的问题，优化储能系统的散热设计，从而确保储能系统在真实的工作环境下能保持性能稳定。此外，储能热仿真还可以帮助改善储能系统的结构设计和材料选择，提高其抗热性能和安全性。
【贝盛PACK热仿真】
可见，通过虚实两种途径，研发人员们已经为工商业储能系统加了好几道保险，并坚持用最坏的打算做最好的准备。比如贝盛BES-Cube 261工商业储能柜在设计时以全部PACK同时着火的极端情况进行安全考量，虽然实际上，根据热蔓延的规律，这种情况并不会发生。
正是研发人员们通过孜孜不倦的努力，不断改良迭代技术，利用热仿真、温控系统、消防系统等手段，让工商业储能变成令人安心的收益利器。
