韩国储能:暴冲与妥协(附火灾调查报告全文翻译)

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本文授权转载自:储能100人,作者:胡不斐

一份模糊的调查报告,是韩国储能再出发想要的信号。

6月11日,韩国通商产业资源部公布了韩国储能电站火灾调查结果。这起调查耗时5个多月,几度延期,韩国储能产业也在经历暴冲式的2018年后,被生生勒住,渡过了沉寂的上半年。

从调查结果来看,韩国通产部做出的原因分析和责任追究可谓是高高举起,轻轻放下。担任调查委员长的韩国弘益大学教授金正勋解释道:

“由于是在全世界首次大规模应用储能系统,所以无法预判哪个标准的安全装置合适,无法确定的因素也有很多。”

通产部也在开脱:“只有在违反法律导致火灾的情况下才会让相关企业承担责任,但现在并没有相关规定。”

从发布会的基调来看,妥协以维持必要的平衡是主旋律。至于调查报告,不仅中国人看得有点不知所以,韩国国内舆论更是一片挞伐。

“储能100人”查阅了近两天韩国国内主流媒体,他们对此事都有不同程度的报道。

《京乡新闻》6月11日评论称,火灾事故虽然是个复杂问题,但政府监管不力才是关键原因。

《东亚日报》则更进一步,指出调查报告结论不明,也没有责任人。认为政府正在推进的“去核化”政策,强行推进储能产业,对安全管理造成了漏洞,是导致火灾事故频发的元凶。

反应最为剧烈的是保守派大本营《朝鲜日报》,调查结果公布后,该报连续以报道、评论、记者手记乃至社论等形式,全方位抨击这次调查行动,矛头直指文在寅政府。6月12日,《朝鲜日报》发表了题为《储能电站火灾原因查明失败,又是漏洞赌博》的社论,文章指出:

“尽管11日通产部公布了结果,但事实上的内容是不知道,不知道原因,不能不着火……不顾后果赌博的去核化和可再生能源政策,到处都有漏洞。”

提到这里,不能不说一下韩国的可再生能源政策。从2015年起,韩国开始为配套储能系统的风电给予额外的可再生能源证书奖励(RECs);到2017年,安装储能系统的光伏电站也可以获得额外奖励。配套储能的风光场站在可再生能源证书计算中的权重远远高于其他不配套储能的电站。

尽管文在寅2017年5月才正式就任总统,但他上任之后,即宣布放弃“以核能为中心的能源政策”,不再开发核电。取而代之的是“3020战略”:

现任政府提出,到2030年,韩国要实现20%的电力来自清洁可再生能源。在此背景之下,韩国储能产业走上暴冲之路,从2013年的不到30个项目,上升至目前的1490个项目。

资料来源:CNESA

也正是在暴冲的过程中,过去的一年多时间里,韩国发生了23起储能电站起火事件,这无疑给了反对派抨击当局能源政策的最佳口实。频繁的事故迫使政府不得不在2018年底让储能产业全面进入整顿期,截至调查结果发布,韩国1490个储能项目,有522个已经被关闭,其余的需待检修确认后,才可重新启用。

在本次事故报告中,最受争议的一点是电池商的责任。23个起火电站中,电池制造商LG化学供应了12个,三星SDI有8个,另外3个由其它电池制造商供应。报告认为:

部分电池中发现有缺陷,但通过模拟试验,没有发现电池自身引起火灾的电池内部短路现象。不过,当制造存在缺陷的情况下,电池充放电幅度变大,充满后仍然持续充电时,由于电池内部短路火灾发生可能性会变高。

这种略显矛盾的措辞,已在最大程度上卸下了LG及三星SDI的责任。为何得出这样的结论?《东亚日报》引用韩国一位匿名电池制造商的言论,从中或可一窥原委,他说:

“在韩国国产电池销售中断期间,中国产品正在渗透(韩国)国内市场。”

根据韩国方面的数据,LG化学今年第一季度营业利润为2754亿韩元,比去年第一季度减少了57.7%,供货中断导致的相关损失达到1200亿韩元。三星SDI今年第一季度营业利润为1188亿韩元,虽然比去年第一季度有所增加,但是相比去年第四季度,则大幅减少了52.2%。

全世界都知道,三星和LG这些财阀,是韩国经济的柱石,如果任由其滑落,恐将动摇大韩民国国本。

所以,尽管调查报告引发诸多争议,但也总算是告一段落。韩国产业界认为,预计从本月开始,储能产业将进入正常发展轨道。三星SDI的储能产品销售额将在下半年增加到1万亿韩元,LG化学也将重新恢复高速增长态势。

附调查报告结果翻译全文:(韩文报告可见昨天链接:《电池不背锅!针对储能电站事故原因,韩国提出四大改善措施(附报告)》)

文件一:储能电站火灾事故调查结果

民官共同储能电站火灾事故原因调查委员会(2019.6)

一、储能电站火灾事故调查现状

17年8月全北高敞的风电并网储能电站火灾之后,至今共有23起火灾集中发生。

(17.8)1起 →(18.5)1起 →(6月)2起 →(7月)3起 →(9月)3起 →(10月)1起 →(11月)4起 →(12月)2起 →(19.1)4起 →(5月)2起

按照用途分为:太阳能风力并网电站17起,需求管理电站4起,调频电站2起。

充电完成后放电待机时间(充满后休止时间)中发生火灾14起,充放电中6起,安装、施工中3起。

设置位置(山地14起,海岸4起,其他工厂等5起);建筑形态(组装式面板15起,集装箱4起,混凝土4起);运营时间(1年以下16起,1-2年3起,2年以上4起)。

二、事故调查委构成及运行

为防止伤及人命,针对公用设施的全面启动和中断采取预防性措施,并且科学客观地查明事故原因从而从根本上解决问题。由此,民官共同储能电站火灾事故调查委员会于2018年12月27日成立,进行了为期5个月的调查活动。

委员会由来自学界、研究所、试验认证机构、消防专门机构、政府的19名电气、电池、火灾等相关领域的专家组成。

曾负责调查Galaxy note7 电池火灾的韩国产业技术试验院为指定支援中心,由专业人员负责调查实务。

调查委举行每周例会以及不定期会议*,通过现场调查、企业面谈等方式进行了80次以上的会议和调查,查明事故原因。

*定期会议(21次),不定期会议(20次),研讨会(3次),企业面谈(30次),举报听取(5次),企业座谈会(1次)等。

三、火灾事故原因调查及试验实证结果

1、调查委员会活动

调查委将23起火灾事故分为充电充满后火灾、充放电中火灾、安装中火灾,通过调查现场资料、企业面谈等形式调查原因。

通过探讨“消防厅火灾现场调查书”*等相关资料以及与外界专家讨论,展开了理论的考察、调查事故现场、调查类似网站、调查事故相关企业**等广范围的信息听取及探讨。

*火灾调查报告(电气安全工程),精密诊断调查,现场调查资料,企业面谈报告书等

** 电池公司3家,PCS 8家,施工单位12家等,共30次

向与火灾事故直接相关的企业*,对原因推断和试验实证进行说明并听取其意见。

*电池、PCS、系统集成等25家企业的55人参会(19.3.12,化学融合试验研讨)

2、事故原因推断

由于大部分火灾现场全部烧毁, 查明原因有其困难之处,调查委通过资料分析、企业面谈、现场走访等获取证据,并以此为基础将23起火灾进行分类,与外界专家展开深度探讨,对相关信息进行了分析整理和整合。

并且探讨了电池、 PCS 制造、储能电站设计、安装、施工上的问题点,所有的应用和电子环境因素,以及所有直接或间接的火灾可能性。

总结起来,有四种因素被推测为火灾原因:

(1)电池系统缺陷;

(2)针对电冲击的保护体系不周;

(3)运营环境管理不周及设置不注意;

(4)储能系统综合管理体系欠缺等。

3、为查明事故原因的试验和实证

为科学客观地证实事故原因推断,针对4类推测原因设计了76项试验和实证,来自试验机构、电气安全公社、韩国电力公社* 的约90名人员参与其中。对电池,PCS及系统以单位进行试验和实证。

*(电池,PCS)韩国产业技术试验院、韩国机械电气电子试验研究院、韩国化学融合试验研究院、韩国建设生活环境试验研究院、韩国科学技术研究院、韩国制陶技术院, 韩国电气研究院(系统)、韩国电气安全公社、韩国电力公社

(1)电池系统缺陷

(解体、分析)多数的事故可以确定为是由于使用了同一工厂相似时期内生产的电池。因此,为确认电池生产过程中的缺陷,对电池进行了解体分析。结果表明,一家公司的一部分电池中存在极片折叠、切割不良、活性材料涂层不良等制造缺陷。

图:收集与事故现场电池所属厂家、生产批次相同的电池进行解体分析

因此,模拟制作了极片折叠和切割不良的电池并进行了180次以上的充放电测试,但并未发生能够导致起火的电池内部短路*问题。

* 断裂:由于电池两端接触(短路等),电流过大的现象。

(外部短路)为确定电池安全性进行了电池系统短路试验。结果表明,在机架式短路试验中,2家公司的电池保护装置的直流接触器发生爆炸和熔接。

(物性分析等)电池构成物质分析,确定控制电池之间的电压和温度偏差的 BMS*是否正常动作,在试验中没有发现电池完全充电后继续充电会引起火灾。

* BMS(Battery Management System):控制电池的性能和安全的S/W和H/W的统称。

(2)针对电冲击的保护体系不周;

(直流侧断裂)由于外部电冲击,电池保护装置内多个零件损坏,模拟这种短路现象的结果表明,电池机架保护装置内的直流接触器(DC Contactor)爆炸。

母线损坏后,导致电池机架保护装置附件的二次短路事故发生,多处同时出现火灾。

* 母线(Busbar):长形铜板,充当一种电线。

(PCS 交流侧接地*)变流器(PCS)内部的交流电流过滤器(reactor)碳化,模拟接地事故的试验,结果电池侧发生电冲击。

*接地:电路(电线等)与大地之间的绝缘能力下降,导致电路或机器外部出现电流或电压的现象。

反复实施同一试验,结果表明,当电池机架保护装置内的直流接触器绝缘性能降低时,可能发生火灾。

(PCS附件断裂)假设PCS内部的转换元件*被烧毁,PCS内部的直流交流侧两端断裂发生故障。实证结果表明,由PCS流入系统和电池侧的对电流现象虽得以确定,但PCS的阻断器作用后并不会导致火灾。

*转换元件:交流转直流,直流转交流的电力半导体

(电磁抗扰性))为验证PCS的电磁波释放是否会导致电池系统的不正常运转进行了试验,结果表明多数产品都超过了国际基准,3家公司的电池都具备充分的抗扰性。

*CISPR 11:产业、科学、医用仪器电磁波干扰特性

(3)运营环境管理不周

(水分、粉尘试验)以在空调机周边发现的熔融痕迹为证据,在电池系统中模拟了水分、粉尘、盐水的环境,试验绝缘性能是否可能降低。结果表明,特定公司的电池内模块绝缘性能下降并发生火灾。

(温度偏差试验等)对墙面、通道的温度偏差导致电池模块内温度偏差的事例(温度偏差试验),以及周边区域的闪电通过岩层地面进入电池室影响电池保护装置的事例进行探讨后,认为不会导致火灾。

(4)综合管理体系欠缺

在事故现场调查、企业面谈调查以及试验实证过程中,发现储能电站的设计和运营未能将电池和PCS等 部件统合为一,从系统的层面上进行管理和保护。

BMS、PMS、EMS间信息共享体系不完备,PCS和电池间的保护体系作用顺序欠妥,PCS故障修理后不确认电池有无异常即再次启动系统,交流和直流侧接地感知装置间冲突等问题可证明各现场多数的综合管理体系欠缺。

4、储能系统火灾事故原因调查结论

(1)(电池保护系统欠缺)电的危害因素中,由于接地或短路导致的电冲击(过电压/过电流)流入电池系统时,作为电池保护体系的机架保险丝未能快速阻断短路电流,因此,绝缘性能降低的直流接触器爆炸,电池保护装置内的母线和电池保护装置外壳中发生二次短路事故,电池内可能发生火灾。

(2)(运营环境管理欠缺)安装在山地或海边的储能装置,由于日夜温差太大,结露严重并且容易暴露在大量灰尘中。在这种恶劣环境下,运营电池模块内露水反复生成又干燥,灰尘被大量吸附。因此,电池和模块外壳间的接地部分绝缘损坏,会引起火灾。

一方面,一部分公司的电池模块使用了冷却风扇*,但冷却风扇可能成为水分和灰尘的移动途径。

*尽管有关于粉尘的电池管理基准,但多数现场并不遵守基准。

(3)(安装不注意)电池保管不良,错误接线等储能系统安装疏忽会引起火灾。

(4)(综合保护管理体系欠缺)制造主体未能与其他EMS、PMS、BMS和系统集成企业有机联合运营等。

针对事故预防、火情扩散防止、事故原因调查,储能电站缺乏综合的系统进行设计和保护是问题的原因。

(5)部分电池中发现有缺陷,为此进行了模拟试验,但没有发现电池自身引起火灾的电池内部短路现象。

但是,当制造存在缺陷的情况下,电池充放电幅度很大,充满后仍然持续充电时,因电池内部短路火灾发生可能性会变高。

附韩国储能电站火灾项目表

文件二:储能系统安全强化对策

相关部门联合发布(2019.6)

一、储能电站安全强化对策

此次对策是针对储能装置的特点,为了确保安全,以国外基准和事故调查结果为基础综合而成。

为预防火灾改善安全基准和管理制度;

为应对火灾和将损失最小化准备消防基准;

通过政府和业界协同合作,对目前的设备实施安全措施。

1、储能电站安全制度改善

(1)强化制造、安装、运营等全周期安全制度,预防事故发生;

(2)将消防设施指定为义务化的特定消防对象,做到火灾发生时损失最小化;

(3)优化储能系统管理流程,以便在安装标准修订之前立即恢复新订单。

Ⅰ、安全制度改善方向;

反映事故调查结果,在“产品-安装-运营”等前期周期中改善安全标准和管理制度,强化火灾预防力量。

计划制定专门针对ESS的消防标准,火灾应对标准运营程序等,构筑迅速应对火灾和受害最小化的制度基础。

Ⅱ、KS、KC团体标准:大幅强化产品及系统层面的安全管理。

(KC认证强化)将储能系统用大容量电池及PCS作为安全管理义务对象,强化对储能装置主要构成品的安全管理。

从今年8月开始,电池系统将通过安全认证*来预防生产工序上的缺陷,电池系统计划按照安全确认品种来进行管理。

另外,作为现行安全确认对象,PCS到今年年底将安全确认容量范围提高到1MW,并决定到2021年为止将安全确认容量扩大到2MW(现行100千瓦)。

*(安全认证))产品试验+工厂审查,(安全确认)产品试验。

(KS标准制定)以国际电工委员会讨论中的国际标准为基础,在世界上首次对储能整体系统*进行了修改,并于5月31日发布了KS标准。

*①电,②器械,③爆炸,④电磁场,⑤火灾,⑥温度,⑦化学,⑧非正常运转,⑨环境

利用通过此次实证试验确保的各种数据,在今后储能领域国际标准提案等标准化讨论中将发挥先导作用。

(采用团体标准))电气产业振兴会,智能电网协会,电池产业协会和相关业界等民间自发合作,将电池系统保护装置性能事项*,ESS综合管理标准**等添加到今年的团体标准中,与高效认证、保险等连接,确保实效性。

* 直流接触器(MC) 耐久性,保险丝动作特性等;

** BMS、EMS、PMS间的通信规章,电池、PCS间的保护装置启动程序等。

Ⅲ、储能系统设置基准强化:屋内安装条件强化,电保护装置义务化等。

(准备按安装地点划分的标准) 修改储能系统安装标准,规定室内设所的容量限制在600kWh*,屋外安装时另行安装在专用建筑内,以提高安全性。

*屋内设置总容量限制为600kWh,比美国标准(总容量限制为600kWh,UL认证时可追加安装)更严格,室外则适用美国标准的水平(距离1.5m等)。

(安全装置及环境管理)漏电断路装置,过电压保护装置,过电流保护装置等电气冲击保护装置的设置义务化。

计划设定标准:禁止在电池充满后继续充电,电池室温度、湿度和粉尘管理要在制造者授权的范围内进行管理。

(增强监控功能)如果检测到异常信号(过电压、过电流,漏电,温度升高等)需通知管理员并紧急停止系统。

发生事故后,为了能够顺利查明事故原因,必须将储能系统操作记录,如电池状态(电压,电流,温度等)保存在在安全的地方。

Ⅳ、管理制度改编:强化法定检查,新设不定期维修强制条款。

缩短储能设备的法定检查周期,从现行周期4年变为1—2年。

电气安全公司及相关公司应进行联合检查,以提高效率。

计划通过新设与安全相关的设备不定期维修强制条款*,在安装后的运营阶段持续确保安全性。

*ESS变更工程许可申报兑现由现行的电池和PCS更换扩大至系统设施变更等(未申报者处1千万韩元罚款或1年以下拘役)。

另外,考虑到安装环境、设备老化,计划引入安全等级制,有针对性地推进安全管理(2019年研究后,2020年上半年试行)。

Ⅴ、设定消防基准:制定特定消防对象设定火灾安全基准

被指定的特定消防对象需义务安装灭火器、警报设施等消防设备。今年9月将制定专门的火灾安全标准。

(火灾应对强化)采用最佳消防药剂方案,2019年下半年制定专门的储能电站标准化火灾应对程序。强化消防应对能力,使火势尽早被扑灭。

2、目前储能电站的安全措施及再启动方案

所有工作场所都应用通用安全措施,例如电防护和紧急停电设备。

对于处于停滞状态的储能装置,待安装防火墙等措施后再启动。公共设施需根据消防厅的特别调查结果另外采取措施。

安全措施内容及再启动方案

Ⅰ、安全措施方向

关于现有工厂的安全措施,储能电站安全管理委员会*(5.17成立)建议采取符合各工厂特性的措施事项,政府以这些建议为基础,通过下列方式实行。

*ESS安全管理委员会由事故调查委员会的一部分委员和电气、消防、建筑方面的专家组成5月17日通过会议讨论了针对不同设施的安全措施;

(1)共同安全措施*

要求所有储能营业场所安装电气保护装置,紧急停止装置,各电站电池充满电后禁止持续充电,并严格管理营业场所温度、湿度、灰尘等环境因素。

*共同安全措施以电池、EPC厂家为中心自我控制(2018年12月施行);

(2)追加安全措施

针对运作中断的储能系统屋内的设施,除了共同安全措施外,还要追加设置防火墙,确保间隔距离后重新启动(避难设施3米,其他设备1.5米)等措施。

(3)消防特别调查

在停止运行的工厂中,消防厅认为有可能造成人员伤亡的储能设施*,为确保国民安全,将实施消防特别调查,并根据结果采取必要措施。

* 商场、酒店、体育馆、医院、教育机构等

Ⅱ、安全措施费用

关于实施上述安全措施所需要的费用

共同安全措施是为了加强各工厂储能设备的安全,所有者和业界都要负担费用,目前业界已经自行采取措施。

防火墙安装等追加安全措施是为了防止室内安装的储能设备发生火灾时发生人员伤亡,政府计划提供费用的日常支援。

另外,消防特别调查的后续费用将根据调查结果来决定,计划由利益相关方协商分担费用的方案。此外,政府还制定了储能设施回收再利用方案。

Ⅲ、履行安全措施修检及中断运营工厂的补偿

为确认上述安全措施是否落实,工业部计划由电力安全公司等组成储能安全措施履行检查组,指导和检查各工厂履行事项。

另外,根据政府暂时停止运转的指令,对于主动中断储能设备运转的储能电站(用于需求侧管理),与韩国电力公司协商后将有一定的电费折扣优惠延期,对可再生能源并网用的储能电站则追加可再生能源供应认证书(REC)的附加价值。

三、储能产业竞争力强化

1、推动韩国储能产业竞争优势

以此次火灾事故为契机,弥补我们ESS产业生态界的弱点,进一步强化长处,健全储能生态,提高综合竞争力。

电池。持续维持世界最高水准的技术实力,推进火灾危险性低、能源密度高的电池的开发和普及。

PCS。提高储能变流器系统连接时的稳定性,通过功能追加等保障储能电站的日常运营。

系统集成。根据储能系统KS标准,保障现场安装和运营的标准化,加强对中小企业进行培训。

建立完善储能行业协会*。从整体的角度,推动建立协会沟通平台**,以使电池、PCS、系统集成等泛储能行业意见能够充分反应。

*(主要功能)收集电池、PCS、系统集成等各领域的意见,制定储能产业统计,制定标准方案,提出制度改善建议及调查海外案例等。

**各电力领域合作团体制定储能作业手册,并组织相关人员培训。

2、分阶段目标

以确保储能系统稳定性为前提,为恢复韩国储能产业因火灾事件而萎缩的成长活力提供短期刺激,并将继续支持新领域的需求创造。

考虑火灾事件后储能装置中断时间,将可再生能源供应证书(REC)*加权值延长6个月。

*太阳能并网:从现行的“2019年底5.0,2020年开始4.0”延长至“2020年6月底5.0,2020年7月开始4.0”。

风电并网:从现行的“2019年底4.5,2020年开始4.0”延长至“2020年6月底4.5,2020年7月开始4.0”。

在储能安装标准修改完成前(预计8月末),对于业界对新订单延迟的忧虑,6月中旬在“使用前检查”标准中优先反映储能系统安装标准修订事项,从而防止新订单出现差错。

新设储能系统夜间发电制度。由韩国电力公司2019年10月推进试点项目。

扩大储能系统高效能源机器认证,以缓解由新安全制度带来的财务负担。对获得高效能源机器认证的储能电站,减免3%的所得税(中型企业5%,小微企业10%)。

扩充试验仪器,制定现场检测相关标准,并推动相关计划的修订,从而扩大高效能源机器认证的范围(2019年下半年完成)。

火灾发生以后,为了缓解保险金上涨* 带来的行业负担,通过团体保险开发等,同时进行保险承兑和保险补助。

从中长期来看,积极推进家庭储能,电动汽车充电等新型业态。同时,大力开发梯次利用,以创造新的商业模式。

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