导语 在“双碳”战略驱动下，我国正在经历前所未有的能源结构改革，加快规划构建新型能源系统是落实“双碳”目标的重要手段。新型电力系统的推广意味着大量清洁能源的使用。据国家能源局统计：2023年前三季度，全国可再生能源新增装机1.72亿千瓦，同比增长93%，占新增装机的76%。其中，光伏发电和风力发电新增装机量分别为12894万千瓦和3348万千瓦，共占新增可再生能源装机总量的94.4%。大规模风光新能源接入给新型电力系统带来巨大挑战，储能则是解决新能源波动性和不确定性的关键举措之一。在众多的新型储能技术路线中，锂离子电池储能技术因其场地布置灵活、综合技术性能好、建设成本低等优势脱颖而出，在现阶段国内储能电站并网/投运规模总量中占比巨大。但随着储能电站并网/投运规模井喷式增长，锂离子电池储能电站在安全方面的问题正不断突显出来，其已经成为制约锂离子储能产业发展的首要因素。

1.研究背景

  在“双碳”战略驱动下，我国正在经历前所未有的能源结构改革，加快规划构建新型能源系统是落实“双碳”目标的重要手段。新型电力系统的推广意味着大量清洁能源的使用。据国家能源局统计：2023年前三季度，全国可再生能源新增装机1.72亿千瓦，同比增长93%，占新增装机的76%。其中，光伏发电和风力发电新增装机量分别为12894万千瓦和3348万千瓦，共占新增可再生能源装机总量的94.4%。大规模风光新能源接入给新型电力系统带来巨大挑战，储能则是解决新能源波动性和不确定性的关键举措之一。在众多的新型储能技术路线中，锂离子电池储能技术因其场地布置灵活、综合技术性能好、建设成本低等优势脱颖而出，在现阶段国内储能电站并网/投运规模总量中占比巨大。但随着储能电站并网/投运规模井喷式增长，锂离子电池储能电站在安全方面的问题正不断突显出来，其已经成为制约锂离子储能产业发展的首要因素。

2.研究意义　

  在推进“碳中和、碳达峰”的背景下，我国能源结构正在向着清洁、低碳、安全、高效方向迈进。锂离子储能技术积极助力新型电力系统建设，但同时由于技术迭代过快，针对该技术所突显出来的问题急需开展相关研究。为深刻认识锂离子储能电站中所存在的安全问题并寻找可能的解决方案，有必要从锂离子储能电站的发展现状出发，梳理国内外安全事故数据及相关标准，围绕锂离子电池储能电站热管理技术及锂离子电池储能电站消防技术两方面开展技术综述。

3.重点内容　　

  1）锂离子电池储能电站热安全管理技术。

  ①锂离子电池储能电站热管理技术。

  在锂离子电池储能系统中，温度是关键参数，过高或过低的温度均会对锂离子电池产生负面作用。因此，电池的热管理系统设计对锂离子储能电站的安全稳定运行起着决定性作用。着重针对锂电池工作所产生的热为分析对象，从热耦合模型、风冷冷却、液冷冷却和相变材料冷却方向梳理现阶段国内外的研究进展。

  热管理研究中通常使用锂电池散热模型作为理论分析基础。现阶段的研究重点集中在提升热耦合模型的构建精度上。

  风冷系统是以空气为介质，利用风扇或自然风对流散热实现对电池模块的温度控制。风冷散热效果良好，成本低。风冷系统设计围绕风道设计、电池间距、风扇数量及排列方式等参数，在不同充放电倍率及环境温度下的温控效果开展研究。

  液冷系统可分为直接冷却和间接冷却，温升及温度一致性控制能力良好，能够满足现有大容量储能电站的热管理需求，但是系统设计复杂，成本较高。直接冷却技术由于技术复杂度及成本等原因未大面积使用。间接液冷的研究热点集中在进出口位置、介质流速、液冷管路宽度及走向等参数的组合设计优化上。

  相变冷却技术是通过材料的物理变化，实现对外释放或吸收潜热，从而达到降温的目的。现阶段相变冷却技术多应用于动力电池领域，但随着单体大容量储能电池技术的发展，其将在解决电池表面温差过大问题上展现优势。

  合理的温控策略也能够提升热管理系统的温控能力，仍能够保证电池模组处于最佳温度范围，并保证电池模组的温均性，使系统适应极端环境温差，同时还可以降低功耗，提升系统经济性。

  ②锂离子储能电站消防技术。

  锂离子储能电站是由上万个电子元器件组合而成，完全避免故障及安全事故的发生难度极大。但可以通过消防系统设计方案将突发事故的发生概率和影响危害程度降到最低，避免人员伤亡降低经济损失。从现阶段锂离子储能电站的消防系统设计构成进行梳理，明确预警系统、灭火系统、通信系统及排气通风系统的相互关系及各系统主要功能。在消防预警系统方面，明确极早期检测定位和Pack级消防设计是该领域内亟待解决的热点研究问题。在灭火系统方面，结合锂离子电池热失控机理，寻找并研制能够抑制锂离子电池火灾并防止复燃的灭火剂与针对热失控不同节点制定精确的消防策略是该领域的主要研究方向。

  2）技术展望与建议。

  当下的储能电站建设呈现出复杂学科交叉的特点，而现阶段的电化学储能电站多停留在子系统技术层，学科交叉人才短缺，应多进行储能领域跨学科交流，着重培养储能领域人才。在技术层，从储能电站热管理系统、储能电站运行状态监控系统、储能消防与应急系统等独立子系统的技术迭代开展研究。同时从系统工程角度，开展多子系统控制逻辑优化及系统间的联动保护优化。结合实际工程项目中的运行数据，论证用多系统调度配合来解决问题的可行性。基于现阶段锂离子储能电池的发展情况，结合热安全管理技术中所存在的问题，提出以下建议与展望：

  ①在热管理技术方面，低倍率电池系统的风冷、液冷热管理方案较为成熟，建议后续研究聚焦时间效应下温度不一致性问题，减小对电池性能的负面影响，同步考虑节能降耗；针对高倍率电池系统，需加快液冷散热、浸没式液冷、相变材料等新技术的研究及工程应用。

  ②在消防技术方面，电芯级的消防监测系统设计需基于检测手段和检测模式的多样化，定位精度的具体化及电芯热仿真精确化进行同步电池单元级细化。消防系统需结合电池热失控机理开发多传感器信息融合的安全预警算法及多系统联动的灭火控制策略优化。通过多种类型的传感器的联合诊断预警，确保消防系统可以对预发锂电池热失控实现早期监测。

  ③提升热安全管理能力需加强锂离子储能电站智能化水平。通过云边协同技术提升储能电站数据使用效率，结合历史数据探究储能电站运行监控算法模型，打造“虚实融合，数字孪生”的储能电站运行模式，进而制定具备精准监控与精确预测能力的锂离子储能电站安全运维管理方式。

4.结论

  在深化能源结构改革的大背景下，新型电力系统是改革的主要阵地。而锂离子电池储能技术则是推动新型电力系统快速落地的重要保障。本文首先梳理锂离子储能电站发展现状，结合锂离子储能电站国内外的事故案例及国家标准指出在“大容量”储能发展的方向上储能电站热安全管理是亟待解决的问题。而后介绍了锂离子储能电站热管理技术及消防技术的发展现状和研究热点。最后根据技术现状进行未来发展展望，提出储能交叉人才培养及多系统多设备联动控制与保护策略的重要性。