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直击储能大会|SGS刘欢:聚焦电池储能系统行业安全与检测

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2022-09-16 浏览:

中国储能网讯:第十二届中国国际储能大会演讲速记如下:

刘欢:大家下午好,很高兴这次能代表SGS为大家介绍电池储能系统行业安全与检测的演讲。今天的内容将会从以下几个方面出发,首先是简要介绍一下什么是储能系统,它的应用情况,之后会关于一些标准进行详细的介绍。

首先储能系统是什么,在座都不陌生,左边是我们从标准当中截取到的储能系统的案例框图,可以看到其中给出的(英文)是我们常说的电化学储存系统以及电力转化系统,就是我们更经常听到的电池子系统和PCS子系统,这两个系统作为我们主要单元模块,配合它的还有其他的相关的柜体装修、空调系统、消防系统、控制系统,这些部件整合到一起之后才能统一称为储能系统。

我们都知道现在的大环境对储能系统是非常相好的,包括双碳目标,能源安全的转换情况。它的储能系统的市场可以说是一片蓝海,另外更要注意的是,我们在电力情况的各个环节都有储能系统的参与,包括我们发电侧、输配电侧以及用户侧,储能系统可以说在各个环节都有独特的应用。

我们在储能系统的大势之下也会注意到一个问题,就是安全事故和原因。需要注意的是在2011-2021年十年间,全球一共发生了大概33起储能电站起火的事故,韩国占比达到了77%,这个原因主要是因为韩国本身储能系统布局就比较早,另外它大部分的电池采用的是三元锂离子电池,这个电池的特性就有一定的安全事故的影响。但是我们经过多方的事后的报告的分析可以看到,很多原因并不单单是说因为电池本身的材料缺陷,更多的是因为储能系统作为一个整机的协调性出现了问题,比如说内部的布线,比如说我们PCS、EMS的协同性,都没有达到一个技术完全成熟的阶段,所以我们这个事故原因必须从整体进行考量,我们这种做标准检测认证的环节,就是在产品做出真实的出货之前进行一个质量把控。

下面就是我们做储能系统安全设计与验证需要考量的一些观点。

这里是我们的主要的一个标准框图,大家也可以看到我们是从前面所说的两个主要子部件出发,一个是储能电池,一个是储能变流器。这两个部件相对成熟,所以有自己非常多的产品标准,包括我们常说的IEC62619,UL1973,9540A等等,都是基于储能电池这个环节,储能变流器也有对于安规、并网效率的认证。并网涉及到与电网的交互问题,我们要考量真实的出货国家的具体情况,包括你并到的电网是低电压、高电压还是中电压,以及我们真实的电网环境,所以我们的并网标准可以说是各不相同。

除此之外还有一些我们储能系统的比较具有代表性的功能需要进行验证。我们常说的功能安全和电磁兼容的内容。功能安全主要是因为我们涉及到非常多的安全设计,可能会和软件相关,比如说我们在BMS和PCS当中,(英文)设计的话,我们一般会参考这些相关的标准去进行功能安全的验证。另外我们的储能系统当中又有非常多的电子电气的元器件,这其中会涉及到电磁兼容的问题,电磁兼容EMC的测试验证一般参考的标准就是IEC61000,这些部件以及主要功能进行测试验证之后,我们需要将它组合成一个整机进行相关的测试验证内容,也就是之前各位老师说到的9540、2510-50、以及IEC62933-5-2,这三项安规标准针对的就是储能系统整机的安全验证环节,除此之外还有一些性能参数,比如说IEC62933-2-1的测试,比如说在当地的一个安装环境的要求,就是NFPA855这样的测试。这样的整个的一个产品验证做完之后,我们需要运到我们的目标市场,在运输过程当中,因为考量到电池本身是一个具有危险性的产品,所以我们需要进行UN38.3的运输验证。

后面是我们对标准较为详细的介绍。这里是美标的框图,可以看到从NFPA855出发,和每个标准都有相互连接的关系。NFPA855是美国当地的国家安全法规,专门针对固定式储能系统的安装标准,这个标准本身是对产品没有检测要求的,具体的产品的安全规范是UL9540,在UL9540当中也说所有的安装方面的要求参照NFPA855,这两个标准是相互借鉴和参考的关系。同时NFPA855考量更多是在安装过程当中需要注意的内容,以及安装之前对产品的一些把控。那这其中9540作为它的大前提,也就是说你的产品必须要去做9540的测试认证,作为一个整机来说又会具体的对你的电池进行UL1973的要求,对PS进行1741的测试要求,同时在某些条件触发之后也有对9540A的测试报告的要求。为什么还有有一个单向的从NFPA855到UL9540A的箭头呢?是因为在NFPA855当中有很多具体的数值的考核,比如储能系统的出口,距离某些暴露物的距离按常规是10英尺以上,如果我们有UL9540A的报告,能够证明我们储能产品足够安全的话,这个距离是可以适度的缩短到3英尺的,那么这个缩短的情况由谁来判定呢?就是由AHJ,有管辖权的权威机构,在北美一般来说是消防署,根据你的目标市场各个洲的情况有所区别。我们拿着报告到当地的AHJ进行了解,能够证明我们的产品安全性之后,这个距离就可以缩短。

除此之外NFPA855还涉及到非常多其他的相关的要求,包括68、69、70这些相关的防爆以及电气安全的设计,都由其他的NFPA的相关的标准进行参考的。

这里就是NFPA855的针对储能系统的范围,可以看到涉及到非常多储能系统相关技术是很全面的。甚至现在暂时还不成熟的技术还挖了坑,写了其他。然后在这里所标出来的总电量,如果我们说储能系统产品一旦超过了表格中所给定的数值,就需要符合NFPA855的相关要求,可以看到锂离子电池超过20千瓦时,也就是说我们的总装机容量只要超过20度电,就需要考量NFPA855的相关要求。另外户用储能是要求1度电以上就要考量这个问题了。同时对于单户或者两户家庭居住单元还有上限的建议值,单机容量要在20度电以内,总装机容量在40千瓦时或者80千瓦时以内,要具体看我们的安装环境。

那么NFPA855在后几张章节中是针对不同的储能技术,基于一些(英文)的前期的要求做的补充。可以看到这里锂离子电池在通用要求之外,还额外要求我们要考量的是热扩散、爆炸控制以及尺寸和距离等问题,其中这个4.12章节针对的爆炸控制的问题,其实它专门针对的是非正常条件下出现的爆炸问题,而且它同样需要注意的是,它针对的仅仅是在房间建筑物或者步入式装置内的使用环境下的储能系统需要考量。它这个4.12的设计有两个参考,一个是NFPA68,一个是69。68更多的是关于爆炸倒流管、通风管这类结构上的参数的计算的参考,另外的NFPA69是关于防爆阀,防爆门、阻火器的系统。当然乐老师也说了有两个例外,需要根据我们9540A的报告具体去考核,是否可以不按照这两个情况去进行设计,那这个可能性相对来说,根据经验看还是小一点,所以我们最好在设计的时候就考量到这个问题。

我们考量完这个相关的安装设计之后,这个是对于我们现有的一个市场情况来说,最合适的一个产品的安规要求。9540针对的范围可以说非常广,和前面的NFPA855一样是互相参考的关系,所以本身涉及到的储能技术也是非常多,包括现在市面上所有的电化学储能、化学储能、机械储能和热储能,环境包括户内、户外、离网、并网的参考,也有装机容量的限制,户用情况是20度电以内,非户用是50度电限制。如果我们的9540A的报告,里面unit层级能够证明我们在报告当中声明的总装机容量足够安全,那你总装机容量可以从50千瓦时扩展到报告当中所声明的容量。如果你的安装环境是在NFPA855的标准当中,界定为超远距离的户外安装环境,就是距离某些暴露物100英尺以上也是没有上限的要求,

这个是我们UL9540报告和证书当中给出的我们公司的mark,可以看到它有一个C和US的标志,就是加拿大和美国的代表,如果取得我们这种最右边的C和US同步存在的这样的一个mark的话,在北美相对来说认可度都是比较高的。我们的UL9540的内容是结构要求的审核和测试要求的测试认证,结构要求其实就是关于我们的材料、选型、部件、里面的设计,这样一系列的关于我们的文件以及具体的现场的察看验证。另外测试内容则是基于之前各个元器件以及现在整机的测试验证环节,其中这个机械测试,大部分都是关于我们机械储能的一系列的要求,比如说飞轮储能,挂墙测试,考虑到户用的储能机是挂墙的情况,我们需要进行三倍重力的挂墙测试。另外的环境测试我们有一个IP的技术考察,除此之外还会考量到一些特殊的使用情况,比如我们海边要增加盐雾,比如地震带要增加地震测试,我们要根据环境进行变化的。

聊完北美的市场之后,我们了解一下IEC方面的要求,我这里不多做展示了。这里是IEC62933是电存储系统的系列标准。第五章则是针对我们并网电储能系统的安规要求,-2则是在通用要求的基础上,主要针对电池子系统的存在而展开的一些附加的内容,所以我们62933-5-2整体来说就是针对并网电化学储能系统的一个安规要求,这个标准的亮点其实就是它的逻辑是非常的严密的,它在标准的前面几章非常详尽的介绍了标准的逻辑问题,最重要的就是在前期进行一个严密的分类界定,我们在62933-5-2最开始要做的第一步就是针对我们的储能系统进行一个分类确认,在62933-5-2当中有四个分类,包括我们的电化学储存的技术,是否是(英文)环境,包括在POC端口的电压的大小,以及整个装机容量是大是小,四个分类导致后面的每一步都有不同。比如(英文),就是会基于我们不同的储能系统进行不同的危害上的考量。

在整个危险评估结果达到之后,要看它是否在tolerable的范围之内,如果不可接受要进行重新的整改,第一步还是存在产品设计阶段,这个肯定是最安全的。我们后续的可能说是补充,在说明书当中的注明,肯定安全性是没有我们在设计阶段的整改来的合理的,只有我们最后危险评估的结果在我们可接受范围之内,我们再进行下一步的测试验证,拿到我们的报告证书,这才是我们标准比较完整的严谨的逻辑。

在VDE2510-50这个标准当中,其实和IEC62933-5-2是非常相似的一个逻辑,但是这个标准它更多的关注到的是BMS对于整体系统的一个安全性的影响,所以它会在标准当中注明我们这个测试验证必须是全生命周期,全系统层级的测试验证,同时对于我们的功能安全测试,也列明了所有相关的标准,你要参考的标准,给出功能安全的验证报告,才足够报名它的功能安全的可行性。

介绍一下VDE2510-50,因为它本身是德国的标准,大前提是需要进行(英文)的认证,包括低电压指令、电磁兼容的EMC指令,以及RED指令等等,同时我们对于并网的PCS也有相应的安规和并网指令的要求,可以看到这里的并网可能是没有高电压的部分,这是为什么呢?因为VDE2510-50这个标准不像UL9540的范围这么广,这个标准针对的储能系统的类型,只有锂离子电池这种固定式电池储能系统,它的应用环境也仅仅限于私人户用储能和小型工商业储能,并网标准也可以看到没有高压部分的内容的。

这个标准更多是关于BMS的详细的要求,所以它的第七章可以看到和其他的标准有比较大的区别,它专门针对功能安全要求做了一整章的测试要求,比如说降额功能测试,我们正常运行是0.5C,等它到50摄氏度的时候,降额运行到0.2、0.3,这种情况我们要设置一个测试的环境温度,看是否按照真实的设计去进行运行测试,看它的结果是否符合它所声明的样子,这个就是关于我们BMS设计上的一些安全验证的环节,它是区别于其他的所有的安规体系的,所以它是VDE2510-50比较特别的一点。

下面是关于我们公司的一些介绍。我们公司SGS,是国际公认的测试检验和验证机构,在全球有非常多的分支和员工,这里是我们现在的一些能力,可以说也是比较全面的,包括电池、变流器,功能安全和现场的性能和安全验证,我们现在都有非常多的相关资质和认证能力,如果有需求可以随时沟通交流。

这是我们现在的一些相关资质的框图,包括我们常说的CB、CE、北美以及德国的(英文)的GS的标志。

这里是我们的公司的相关的微信号,如果有需求的话也可以扫码了解。谢谢!

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