“质量” 和“安全”将成为新能源发展的关键挑战
思瀚产业研究院    2024-10-10

1、大量电力电子设备的使用对新能源电站的并网安全和运营安全带来严峻挑战

大量的特性各异的电源、负荷、储能等装备以电力电子为接口接入现有电力系统，使电力系统向着高比例可再生能源和高比例电力电子设备 ( 简称“双高”) 趋势快速发展。

双高特征引发了电力系统电压失稳、频率失稳、功角失稳、宽频振荡等并网安全的问题，严重降低了电网强度。

新能源设备电压耐受能力差，故障情况下仅能提供 1.1 倍额定电流的动态电压支撑，而传统火电可达到 5~10 倍，加上新能源需要逐级升压接入主网，与并网点电气距离是常规机组的 2~3 倍，提供的短路容量比较小，降低了电压支撑水平。

新能源并网逆变器、变流器等设备不具备惯量响应能力，导致电网整体惯量低，降低了系统调频能力。

新能源低惯量还会引起功角曲线幅值下降，导致功角失稳。新能源发电设备的快速响应特性，还引发了中频带、高频带宽频振荡的新问题。

对于大型清洁能源基地而言，电站占地面积大、容量规模大，电站内的设备多、运维艰难，100MW 的电站就需要 5 个人至少一天才能完成一次简单的巡检工作。

同时基地项目大多地处偏远地区，环境恶劣——不是处在高温、风沙极大的荒漠地区，就是在高湿高盐雾的海上，或者是在高海拔高寒的平原上，对设备的质量和可靠性带来巨大考验，同时也对基地电站的运营安全造成严重危胁。

对于分布式光伏系统而言，由于设备越来越多地进入建筑、园区、家庭，与日常生产生活更加紧密结合在一起，屋顶光伏一旦发生事故，将严重威胁生命和财产安全。据相关机构调研，直流拉弧是屋顶电站引发火灾的主要隐患，光伏组件焊点接触不良、线缆老化、端子虚接等原因都可能产生电弧。

另外，屋顶光伏项目中，设备即使停机，只要有光照，直流侧光伏板电压通常可达到 600V 至 1000V，为施工运维人员及业主带来潜在风险。尤其是在出现火灾等紧急状况的情况下，由于光伏阵列携带高压，救援人员无法到屋顶进行救灾；由于屋顶带电，也无法通过普通方式用水进行灭火，大大增加了救援难度。

在国外，对带有光伏系统的屋顶在救灾时采取‘let it burn’策略，只能眼睁睁的看着光伏板烧毁后再进行灭火，极大的影响了救援过程，造成更多的人身财产损失。应对双高带来的安全挑战，首先需要关注设备的质量。产业应该形成高质量的共识，通过硬件质量、软件质量来保证产品的安全性和可靠性。

其次要将组件、储能、构网、数字化、智能化等单点技术创新融合应用，让新能源发电从跟随电网走向支撑电网，在系统运维上做好直流智能安全诊断、预警和防护，保障各种场景下的人身和资产安全。

2、储能系统是高能量载体，存在热失控风险，一旦起火难以控制，其规模化应用对储能电站安全带来巨大挑战

伴随着储能的快速规模应用，储能电站发生了多起严重事故，造成大量经济损失和人员伤亡。2024 年 5 月，美国加州圣地亚哥市当时全球最大的 250MWh 的储能电站发生火灾，并多次复燃，前后持续 11 天才完全扑灭，造成了严重的损失和环境影响。

据不完全统计， 2019~2023年，全球发生 65 起重大储能火灾事故，其中由于工艺质量不达标、铜箔材料涂抹不均等电池质量问题引起的电站储能和工商业储能事故 27起，由于铁屑脱落至模组内部等电池质量问题引起的户用储能事故 12 起，由于设备进水、管理系统故障、电池质量问题引起的数据中心事故 7 起，此外还有由于电池固定方式及绝缘问题等其他质量问题引起的事故 19 起。

此外，在储能电站设计、建设、调试、运行、维护等环节还缺乏成熟的标准和规范，在储能电站管理、运营、维护等方面的专业化也有待进一步建设和完善。储能作为电力系统的新生环节，全方位的体系建设还处于探索阶段。

安全已经成为储能产业发展的巨大挑战。储能作为能源系统的调节器，调用频率越来越高；锂电池单站规模突破 GWh，规模越来越增大；大型储能系统由单柜 2MWh 向 5MWh+ 发展，能量密度越来越高；新的技术路线如钠电池、液流电池、超容电池渗透率提升，多元化程度越来越高，由此导致储能电站更多、更复杂的安全风险。

为了应对储能电站的安全风险，核心是储能产品的高质量。从储能系统架构设计开始，优先把问题消灭在事故前端；关注电芯等关键部件的生产制造使用，保证本体安全；选好隔热、阻燃材料，做好散热、排烟、消防系统，完善被动安全；发展在线监测、智能控制和安全预警技术，做好主动安全。

在储能电站的全生命周期，从规划设计、设备选型、制造验收、运输交付、现场安装、系统调试、运行控制、检修维护、电站退役的各个环节贯彻安全理念、夯实安全管理。其次，行业应该结合安全实践，推动相关安全标准规范的制定与实施，通过政策法规的落地反向促进行业的高质量发展。

可再生能源、数字技术、电力电子技术的发展和融合水平决定了能源世界的进步水平。未来的能源世界以电能为介质，以电网为总线，以电力电子设备为网关、以能源云操作系统，改变传统能量流处理、移动和储存的方式，实现清洁低碳能源广泛的规模化开发利用、多级能源网络广泛互联、多种负荷主被动灵活参与、多业务逻辑协同决策运行。未来十年能量流与信息流深度融合，相互促进，是能源全面变革的关键过渡期，也将影响未来百年能源发展的前景。

能源产业正进入智能化时代。信息流、能量流的技术创新日趋同步，逐步从单设备、单场景向整体性、综合性发展，从“局域网”向“全球网”应用发展，从“单机”运行向“云化”运行发展，可观、可测、可控的范围越来越广。

能量流与信息流的融合延展到更大的时间和空间尺度，能源系统价值进一步放大，一方面促进能源系统更加经济、清洁、安全运行；另一方面推动能源生产、传输、存储、消费的产业发展新形态。促进了能源系统与信息系统甚至商业系统的深度融合。

能源系统不再是一个简单和独立的能源网络，也将是和其他社会网络共生共存的关键基础平台，如和交通网络、碳足迹网络、信息网络等实现跨行业网络的协同控制，能源云的管理协同模式和范围也不仅仅局限于能源系统单设备、单系统、单行业。

科技进步与能源转型相互促进，正在深刻改变能源发展的前景，唯有认清趋势，才能迎接未来的挑战，唯有立足当下，才能把握时代的机遇。新“数字能源”时代下，更需要全人类携手共进，建立新的联盟、寻找新的方式，实现跨价值链和生态系统的协作，为世界能源创新和发展提供力量，共同推动低碳化、电气化、数字化、智能化的能源变革，共建绿色美好未来。

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