TÜV南德吴候福：电池储能系统的安全标准

4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月26日上午的“储能电站与技术应用(四)“专场,TüV南德商用电子电气储能系统项目经理吴候福在会上分享了主题报告《电池储能系统的安全标准》,以下为演讲实录:

吴候福:大家好!我来自TUV南德。今天跟大家分享的题目是电化学储能系统安全标准,讲一下整个生命周期内我们有那些标准,哪些要求来管控我们的储能系统,特别是大型的一些储能系统。

今天分五块来讲:

第一,什么是安全。因为所有的标准制定会围绕着两大块,一个是特能,一个是安全去制定标准。新的一些技术发展起来之后必定会带来新的一些技术的风险存在,所以什么是安全、什么是风险,我们先了解清楚。

第二,全生命周期的风险管理。

第三,IEC标准体系。

第四,集装箱储能系统如何降低风险。

第五,TUVSUD的技术服务。

第一,安全。

什么是安全?

伤害,对健康产生的生理上的损伤和危害。安全不安全?对健康、对人、对财产造成的一些损失。

危险,就是一些潜在的伤害源。什么是风险呢?风险是伤害发生的概率,伤害严重程度的一些组合。就是说风险并不是我们常说的危害有多大,因为危害爆炸的危害有多大它的危害就有大,但是风险并不意味着你的危险有多大你的风险就有多高,因为会跟频率相关,比如我们特种如果出现故障的话它的危害会非常大,但是他的风险大不大呢?他的风险非常小,因为他的设计保护是非常好的,他发生风险的概率是非常非常低的。伤害的效果和频率结合起来就意味着风险,意味着特种的风险并不会很大。

安全,就是我们今天讲的重要的概念。因为我们做的安全标准就是围绕着概念来讲的,安全就是远离不可接受的风险,就是说这个风险一定会存在,但是哪些可以接受、哪些不可以接受,判定清楚才知道什么是安全的,因为不可能把风险降低为零,只能说是控制到可以接受的风险。

电化学储能存在的一些风险包括哪些呢?

1,电气风险。IEC或者其他的标准里面会把风险罗列出来,电气的风险,比如说人的触电风险,系统对地的接地故障、短路电流这些短路的风险。

2,电能风险。因为储能系统本身是一个直流源,直流源拉弧的能量,储能系统的充放电电流特别大,故障电流、短路电流特别大,所以它拉弧的能量非常非常大。这个就是操作过程中大家不注意的时候,或者佩戴不适当的时候,直接拉弧,后果太严重。

3,爆炸风险。电能的风险会带来隐带的,因为我们储能系统本身也是一个化学的系统,特别是电池系统的时候,如果过充过风,或者热失控的状态下,会释放出一些爆炸性的气体,所以电弧就相当于一个点火源,我们后面的起火爆炸有可能并不是电池本身着火,可能是它释放故障状态下排放的气体,由电气的一些火星引燃点致爆炸,电能本身也会存在爆炸的风险。

4,火灾风险。大家都比较清楚了,因为这几天大家都围绕着怎么控制它的火灾。

5,化学风险,4月15日前几天大家也看了报道了,美国那边消防员去抢救已经着火的储能系统的时候,身体也吸入了大量的有毒气体,所以化学的风险也是伴随着储能系统出现。

6,机械风险。爆炸过程中一些巨大的碎片对人体的上海等等。

IEC或者其他的标准,都会围绕这几大块如何降低它的风险去写。

回到危险的等级,危险的等级是哪些可以接受、哪些不可以接受由自己去判断或者由法律去判断的。比如有多少人会死亡,会不会群体的一些事件,造成哪些危害是可以接受的、哪些是不可以接受的,所以就会产生轻微的或者严重的一个人的、几个人的等级。风险的等级刚才也讲了,分为可以接受的和不可以接受的。

大家看一下右边这个图,我们所有做风险管理里面,包括我们做产品认证、包括我们自己工厂要做或者供应商这边要做风险去管控的情况下,目标就是要把所有的风险做到可接受的风险范围之内,就是说我的产品安不安全,它的定义就是把风险降到可以接受的风险范围之内。怎么去做呢?首先,我们要评估整个系统的风险,就是从绿色到红色阶段,我们评估整个系统级别零部件系统整个来评估风险的等级或者风险存在有多大。

大家可以看一下绿色的可以接受的风险,可以接受的风险,前面红色的部分就是危险的,后面绿色部分就是意味着可以接受的一个风险,所以我们的目标就是要做必要的风险降低措施来把整个系统的风险控制到可以接受的风险以下。实际的风险可能会有一些,我们一般都会在可接受的风险已下载做,但是风险不可能为零,所以会存在残余风险。比如我们功能安全里面一定会考虑它的残余风险是你能不能接受的,就是做完之后你不可能把风险降为零,就是说起火爆炸,比如说我的消防系统起火爆炸会不会有或者会不会燃烧出来,这个是不可能完完全全控制的,所以风险是一定会存在的。

降低风险包括我们有外部的风险降低的措施,比如我们的组织、培训等等这些覆盖的风险措施,由其他技术安全相关的系统,比如机械、液压、结构等等覆盖的风险管控措施去做。还有一大块,是由功能安全的产品去做,比如我们有电气电子、可编程器件去做安全相关系统来控制整个储能系统或者电池系统的风险。简单来讲,就是我们的BMS去做的工作,所以BMS要实现它的安全功能,或者它就是要做功能安全的措施,能把风险降到可以接受的风险。

第二,全生命周期的风险管理

储能系统风险管理应该在全生命周期管控,而不是说我安装完一后管控他它的风险。风险包括规划设计阶段,比如说规划设计阶段我的设备制造商要去做本身产品的风险评估,我要知道哪些风险会存在,比如我过充、过放、过温的时候我的产品风险来源是什么、我的风险概率是多少、我造成的后果有多大,比如风险出来了,我要做整体安全的分配。还有安全相关的规划,比如每个器件、每个子系统怎么去规划的,还有软硬件实际的设计,设计完之后对单个功能或者单个安全的认证。安装调试阶段,包括我们要编制一些安装调试计划来保证我们系统的安全调试或者安全运行,包括调试程序,还有试运行的一些要求、验收的一些措施。安装完之后对整体安全确认的过程。运行、维护阶段,运行之后5年、10年有一个整体运行计划的编制,比如他的正常运行的程序,还有应急处理这些程序,还有整体的一些维护计划、整体的优秀计划,整体修改的确认。退役阶段,包括它的电池如何去做退役,还有危险品的处理计划。

整个生命周期之内如何去做风险管理的,风险概念在设计阶段就要提出来,刚才也讲了整体范围的确认,确认之后对提取我这个储能系统里面包含哪些风险,哪些风险源做一个风险的分析,就是整个风险评估的过程,做完之后进行整体安全的确认,这个不步骤非常重要,因为最后要对产品性能或者安全认证的要求,当初我提的要求是什么,现在我做的产品能不能满足我当初安全的要求。刚刚讲到整体安全分配到每个字系统,分配下去的,比如说我们再编制一些文件的计划、运行维护的计划等等,还有跟功能安全相关的系统如何去制定,我要保护哪些,我的安全功能是什么。达到整体安装调试阶段下面进行安全的确认,再进行安全整体运行维护、维修的确认,如果维护阶段发现他的风险过大的情况下要进行整改,或者改型的时候整个风险要从头来过,重新去分配它的安全。最后就是退役阶段,每个阶段输入是什么、输出是什么,就是我们在企业里面要做风险管理的时候要去了解的,比如第一个概念的时候输入的是什么文件、输出的是什么文件,我下一个阶段怎么对上一个阶段进行确认。

刚刚讲了很多理论的东西,回到细节上面,如何降低我们电池储能系统的风险。降低风险的时候看一下包括个人防护措施、管理措施、隔离控制、还有把整个风险源移除的方式等等。刚刚我们讲的,安全不可能是百分之百的无风险,就是说我们要控制到一个可控的或者可以接受的风险范围之内,就是说我们要降低到一个可以接受的低风险。对整个储能系统,比如说锂离子电池系统来讲,要满足的安全要求包括哪些呢?包括整机的安全要求、零部件产品的安全要求,还有并网符合性的要求,EMC的要求、功能的要求、运输的要求,通讯和网络安全的要求,回收再利用方面的安全要求。

第三,IEC标准体系

简单过一下IEC标准体系里面的准。技术委员会制定不同的标准,比如TC8制定的是跟电网相关的标准。TC21是电池安全的标准,比如62619,现在去到欧洲、澳洲这些海外市场的时候,要求锂离子电池一定要满足IEC62619的。TC2、TC82是PCS的安全。TC64是低压电器装置安全。SC65A是功能安全FS。TC77是电磁兼容EMC。TC120是电力储能系统。

TUV我们制订了两个标准,一个是对户用储能系统的标准,是PPP59034,还有PPP59044

第四,集装箱的风险要求

对于PPP59044我们对集装箱储能系统技术进行管控。

第二块重点就是电池系统的锂离子电池的要求,还有运输安全的要求,功能安全的要求,功能安全这块也是特别重要,因为你的过充、过温、过流的保护都是由功能安全的评估来决定的。EMC就是电池在电池干扰的环境下面他是否能够正常工作。

PCS的要求刚刚也提了,还有并网EMC的要求,还有暖通系统本身的要求,还有应急照明的、照明的配电安全的,会不会有触电风险等等要求,还有消防的一些要求,还有保护器件的。对整机有安全要求,包括我们结构的安全、测试的要求,测试的要求包括一些电气装置的认证、保护功能的一些认证、零部件功能的一些认证,招商测试,极端环境运行的测试,还有EMC、功能安全方面的要求。

对整个文件和审核阶段,包括以上所有的文件我们都会进行审核,包括一些集装箱、PCS、电池等等文件的审核,还有现在结构的一些检查,包括安装结构、部件结构、照明的检查。现场测试,包括一些气密性测试、绝缘测试、耐压测试、相序测试等等。整个PPP59044做完之后,结构和验证做完之后我们就会发TUV的证书,前天我们在这个厅里面发了1兆瓦时的鹏辉的证书,之前中天的证书已经拿到。我们产品包括电池的一些措施,就不再讲了。

我的介绍就到这里。谢谢大家!