吴候福浅谈光伏+电化学储能电站技术风险和安全要求

10月12-13日，第五届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会在深圳顺利召开，来自行业协会、科研院所、知名企业的代表超过300名嘉宾到场参会。会议由中国化学与物理电源行业协会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会联合主办。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会、中国储能网承办。TüV南德意志集团光伏及储能事业部资深项目经理吴候福，在会上以“光伏+电化学储能电站技术风险和安全要求”为题做了精彩演讲。

演讲全文如下：

大家好，我是来自TUV南德的吴候福。今天是储能大会，储能方面大家讲了很多从电池到应用这块的产品和技术的介绍，大家都知道储能更多会跟光伏结合在一起，所以我把两块的技术风险和标准整合到一起来和大家分享。

关于电化学储能在电力系统的应用，刚才科陆的黄总在这边做了深度的分析，我用四张PPT大概简单介绍一下。整个发电的电力系统方面，首先从发电公司开始，如果和光伏结合，储能系统的作用最主要作用是平滑输出，大家都知道光伏是有间歇性的，我们加入储能能平滑它的输出，减少对电网有冲击，变成更加有利的发电发展。第二个作用是时移，光伏系统是在6点到下午的6点，这段时间出力，其他时间是不发电的，所以这时储能会把整个电站出力时间往前和往后推移，所以整个电站能够更长时间发挥它的出力。第三个是取代传统的化学能源的调峰电厂。第四是解决新能源限电，我们在西北的光伏电站，很多时候都会限电，比如甘肃那边限20%多，有些电站可能限到40%-50%，限电的时候没有办法输出，用储能系统就可以在限制功率的时候，就把多出来的电能存储到储能系统里面来，等到没有出力或者低功率时给电网输出。

第二，储能系统在配电或者输电环节，主要起到调峰调频的作用，还有前面黄总提到的虚拟同步机，用来增强电网稳定性。

第三，在售电和用电侧。电力改革会加强售电公司在配电的作用，另外个人也会安装光伏和储能的应用。这时储能系统的作用会放到调峰调频，作为备用电源和储存光伏出力的作用，赚取峰谷电价差，还有改善电能质量，特别是无功补偿。我们之前了解到有些工厂安装光伏之后，它的无功会被罚款很多，储能系统可以用在在晚上或者是没有出力的情况下对工厂变压器内发出无功补偿，以达到电网要求95%以上的无功要求。

最后，还有一个重要的应用就是微网这块，作用是前面提到的综合，如平滑输出整个风电和光伏的出力，还有稳定整个微电网的稳定性，大家可以看到图里，看到前面左边的图在没有储能状态下用了生物质能和柴油发电和光力、风电这些电源，柴油发电就会频繁调整它的出力满足负荷曲线。加入储能系统后，柴油发电机和生物质能可作为以基础的出力，加上储能调节其他电源，大大提高稳定性。另外还有黑启动等作用。

储能系统的应用主要分三大块：一是用在家庭这块，储能产品是与光伏相关，在光伏里面会安装一些优化器，提高它的出力。二是集装箱式储能系统，用于微电网。还有大型电站，最主要是用在西北那边限电的应用。

下面分五大块讲光伏和储能技术风险和标准要求，以及我们TUV南德针对这块的技术服务。

光伏技术风险。影响整个光伏电站的技术有6个环节，前期影响到整个生命周期，包括前期的开发、设计、采购还有施工、调试、运行，整个生命周期都会有影响，影响它的技术风险会包括它的选址因素还有设计，还有合同、设备、施工、运维，这些都会对光伏电站有技术风险的存在。

选址对整个电站的发电量是影响非常大的，各个环节都是应该要考虑，包括自然环境、周边的环境的遮挡或者是灾害，土地、并网点的政策、成本，这些是我们在选址过程中应该考虑的技术。设计和选址要注意遮挡。遮挡会对组件的功率产生影响，被遮挡部分是不出力的，其他部分可能对遮挡地方有反光电流，就可能发生热斑或者着火的风险，选址的时候一定要避开远端或者近端的遮挡。选址里面对性能影响。如影响组件功率的温度系数，如果我们在很高温的环境下面去安装一个电站，它是典型的热带气候，平均温度非常高，选用不同的温度系数下的组件，不同的PR值，如这里给出的泰国的案例。

设计的风险，包括安全、可靠、稳定、可行性、成本和发电效率、运维方面的影响。举例说，如案例中的电气设计方案，如果设计不当，可以看到一些故障电流可能会对某部分造成非常大的故障电流，一些故障电流过大可能会造成安全隐患，像这些直接烧毁整个屋面。另外，电缆走线不当可能引起雷击，二极管击穿之后就可能达到100-200度的温度，会烧毁接线盒引起火灾。IEC标准里面规定怎么走线减少感应雷。设计不当，也可能造成人体触电或者故障电流对设备或者电站的冲击。再有是选型。这个案例是选型里面是拉弧，前面讲到的屋顶基本上都要求的组件的关断，防止拉弧的风险。最后提一下温度系数，实验室里面测出来，这个是不同的温度系数组件在同一个电站下的表现。

关于光伏施工风险。在某个实际案例中，我们对整个电站做结构检查，发现了10%多的施工不当，包括组件的热斑、隐裂、背板划伤、组件跌落、盒盖跌落、压块安装不当、组件装反、场地、护角遗留、接地锈蚀等。还有施工过程中不当操作，比如山地，很多时候是靠抬的方式，这种方式下来施工前和施工后的对比，施工前整个组件是很好的，施工完之后，因为抬、振动等各种原因就形成隐裂，隐裂直接会影响到光伏组件的输出功率。

运维方面。运维不当会造成设备的损伤，有安全方面的，还有性能方面的影响。图上的这块电池片遮挡之后形成热斑，大概会比其他的温度高出50-60度，组件背板可能烧成一个坑，如果在屋面很容易造成火灾。这个案例是击穿之后的二极管外壳直接烧熔，内部发热很厉害。这里还有运维过程中的其他问题，不一一讲解。

光伏系统的标准和要求。光伏系统会采用不同的零部件，每个零部件都应该满足它自己的标准要求，光伏组件的安全要求IEC61730，还有设计定型的标准IEC61215，这是光伏组件的认证标准。这是汇流箱的技术要求IEC61439。逆变器有两个主要安全标准要求IEC62109-1，-2，性能效率的标准要求EN50530，对每个不同地方还有并网的要求，另外还有EMC的要求。配电柜的标准要求，大家可以看这边列出来的标准。连接器的要求是IEC62852。光伏有单独的线缆要求EN50618。SPD，这是光伏专有的SPD的要求，是50539-11。还有熔断器，光伏也有特殊的熔断器要求，60269-6。整个集合成为光伏系统后，还有系统级别的光伏要求。比如我们在验收或者是测试光伏电站里面所用到的标准IEC62446。系统效率PR的标准出自于61724，还有一个重要的标准是62548，是光伏电站设计标准。

重点讲一下化学储能的风险。5139里面列出了电化学储能的风险类型，这个表是不同类型的电化学储能存在的电气、电能量、火灾风险、化学风险、有毒气体、爆炸气体等风险列表，打勾对应的是这些型号的储能系统可能存在的风险。

电学风险主要是电压、电流的风险。故障电流过高，有可能对整个系统形成破坏性的冲击；接触电压过高有人体触电的风险。

能量的风险最主要是来源于电的能量的风险，表现形式主要是并列拉弧和串联拉弧。这个是标准里面会给出拉弧能量的计算方式，还有就是拉弧间距要求的计算公式，如果我们做电站的设计或者集装箱式的储能系统的设计，要考虑防拉弧的间距就要用这些公式来进行计算。

第三个是火灾风险，这是大家最担心的风险。电池着火主要是因为高温、低温运行，过压、欠压运行，过充和过放，在正常操作条件下或因过载、部件故障、绝缘击穿或误用而导致电池壳穿孔或失效。影响储能系统着火的因素主要还包括电池技术，不同电池技术对它的影响是不一样的；还有其他如生产质量、电池老化、电站的防火设计、电池设计、电池的总容量和单次故障率累计、保护器件的可靠性还有整个系统的合理利用。

爆炸性的风险。这个案例是已经发生过的爆炸，这是日本的电站发生爆炸之后做的分析报告，内部短路之后进行热失控蔓延，最后电站爆炸。电池老化过程中或者高温情况下，会产生可燃的气体排放，气体排放出来达到爆炸值或者是着火的阈值，它就会存在这种爆炸的可能。

有毒气体的风险。美国一个大学做的测试报告，测试报告里面对受高温的情况下排放的气体，是锂离子电池排放的气体。这里会形成5.6%的氟乙烷。遇热分解，释放出剧毒的氟化氢气体。

化学风险是对人皮肤的灼伤或者眼睛灼伤的风险。

机械风险，是刮伤、压伤这些风险，影响到它的是重量和锋利边角还有运动部件还有倾斜倒塌、非固定的系统部件掉落。

电化学储能系统的标准要求。主要讲一下光伏+储能系统整个集成为一个系统，对整个系统的要求。这个是大型的集装箱式储能电站的要求，包括了光伏部分、光伏+储能系统的系统部分、逆变器或者PCS的要求、电化学储能系统的要求。我们公司针对集装箱式的储能系统做了内部的标准PPP59044，标准提出对箱体基础、电池系统、PCS、暖通系统、气体报警系统、门禁系统、灭火系统、火灾预防报警系统、照明系统、布线系统等方方面面进行评估，标准里面引用了很多其他专业标准的要求。这是我们TüVSüD对集装箱储能系统进行认证的标准。

VDEE2510-2是储能系统连接低电压的要求，主要是针对离网系统的要求。2510-50主要是对锂离子的要求。还有刚才提到的5139，5139是一个设计、施工等验收的要求。

最后简单介绍一下TUV南德。TüVSüD智慧电力事业部业务包括光伏组件与材料，BOS零部件，电力系统包括中高压部件、变压器与变频器、充电桩、充电桩零部件、蓄电池、智能电网。光伏和储能系统的服务包括大型光伏电站、分布式储能系统、预装式储能系统、大型储能系统等的检测认证服务。针对家用储能系统认证要求，我们可以发一个TüVSüDMark，主要是用PPP59034对PCS部分进行考核，对并网进行考核，还有电池部分进行考核。预装式储能系统认证，采用PPP59044标准，对集装箱的要求、运输要求、电池系统、PCS等等的要求，最主要是对它的系统里面的文件的审核、结构的检查还有验证性的测试，测试完之后对储能系统进行发证。

我们的服务要求还包括储能系统整体服务，包括规划阶段的服务内容，包括风险评估，设计方案的评审，EPC采购系统的评估。建造和验收过程中的服务包括供应商的监造和测试服务内容，和最终的储能电站验收测试。运行和维护阶段的现场效率的测试，系统性能和电池衰减的评估，还有系统故障分析以及运行的培训。

谢谢大家！