近年來，儲能行業(yè)，尤其是鋰離子電池儲能行業(yè)在全球及中國國內高速發(fā)展。根據中國能源研究會儲能專委會/中關村儲能產業(yè)技術聯盟（CNESA）全球儲能項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2022年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模237.2GW，年增長率15%。新型儲能累計裝機規(guī)模達45.7GW，是2021年同期的近2倍，年增長率80%，新型儲能中，鋰離子電池仍占據絕對主導地位，年增長率超過85%，其在新型儲能中的累計裝機占比與2021年同期相比上升3.5個百分點。
根據CNESA的不完全統(tǒng)計，2022年，中國新增投運電力儲能項目裝機規(guī)模首次突破15GW，達到16.5GW，其中，新型儲能新增規(guī)模創(chuàng)歷史新高，達到7.3GW/15.9GWh，功率規(guī)模同比增長200%，能量規(guī)模同比增長280%；鋰離子電池儲能系統(tǒng)也占據絕對主導地位，比重高達97%。
但儲能產業(yè)在這短短幾年內取得高速發(fā)展的同時，也遺留下一系列問題還需引起足夠重視。據統(tǒng)計近年來儲能電站全生命周期內大型安全事故頻發(fā)，根據CNESA不完全統(tǒng)計，近十年全球儲能安全事故發(fā)生60余起。2021年全球儲能市場爆發(fā)，大規(guī)模儲能項目越來越多，單個儲能項目規(guī)模越來越大，儲能安全隱患也隨之增大。截至2022年8月 ，2021 -2022 年全球共發(fā)生18起儲能項目事故。其中，有兩個關注點：1)安全事故多發(fā)于鋰離子電池，一旦發(fā)生，通常事故等級高，損失慘重。2)多事故發(fā)生在電站投運多年后，儲能全生命周期的安全問題必須引發(fā)足夠重視。
在儲能系統(tǒng)尤其是電池儲能系統(tǒng)集成的各安全環(huán)節(jié)中，儲能系統(tǒng)的防雷保護便是其中最突出的隱患之一，如何進行安全、高效、可靠的防雷已成為行業(yè)亟待解決的問題。如果這個問題不能妥善解決，由于鋰電池系統(tǒng)的特性，發(fā)生雷電引起的次生災害影響將是十分巨大的。
來自暴風雨的風險
世界上每年會有數十億次雷電發(fā)生。根據統(tǒng)計僅在德國，每年記錄到的雷電事件就超過200萬次，隨著近年來極端天氣現象發(fā)生頻率的大幅提高，這一趨勢還在快速上升。根據統(tǒng)計，如果在建筑物和基礎設施附近發(fā)生雷電襲擊，將會導致建筑物和基礎設施的損壞:雷擊會引起火災或電涌損壞電氣設備和電氣系統(tǒng)。雷擊導致的感應電流可能會引起方圓2公里范圍內的電氣設備和電氣系統(tǒng)的損壞。電池儲能系統(tǒng)或電網中變壓器的開關操作也可能會導致開關過電壓從而造成電氣設備和電氣系統(tǒng)的損壞。隨著電氣設備及電氣系統(tǒng)智能化水平的大幅提升，設備及系統(tǒng)內電氣元件和電子設備的使用率大幅提升，而這些元件和設備對電涌都十分敏感，通常只需要非常小的電涌就可能損壞這些電子元件和設備。
電池儲能系統(tǒng)的雷電和電涌損壞
電力儲能系統(tǒng)是能源革命的關鍵技術之一，因為它可以在現場存儲本地生產的電力。集裝箱電池儲能系統(tǒng)可以大規(guī)模存儲可再生能源系統(tǒng)，例如光伏系統(tǒng)和風力發(fā)電機組產生的電力，并根據需要傳輸給電網。由于分布式存儲，它們增強了電網的穩(wěn)定性，并且可以被電網運營商用來為電網提供均衡的電力。隨著可再生能源比例的不斷增加，對并網型儲能系統(tǒng)的需求也在不斷增加，集裝箱電池儲能系統(tǒng)的大規(guī)模布置也在不斷增強。
為了給布置在集裝箱中的高端電子產品提供保護，人們需要一個全面的雷電和電涌防護系統(tǒng)。更重要的是，由于集裝箱的移動性質，其可能在世界各地進行安裝使用，安裝地點和操作條件可能會有巨大的差異。電池儲能系統(tǒng)最大的危險之一就是雷擊放電。由此產生的過電壓遠遠超過儲能系統(tǒng)中各電子、電氣元件的介電強度。此外，電網內部產生的相關的過電壓，例如，來自開關操作或接地和短路等故障導致的過電壓也都必須被視為電池儲能系統(tǒng)的潛在威脅。其也可能會導致電子元器件的損壞，例如，信息和通信系統(tǒng)的損壞以及逆變器或電池單元的損壞。在遭受直擊雷的情況下，集裝箱的金屬屋頂也可能在下雨時穿孔，導致儲能系統(tǒng)的水浸損壞。
如何實現電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)可用性也是一個很關鍵的問題。由于雷電損壞會導致嚴重的經濟損失和高昂的維護和維修費用，因此為集裝箱儲能系統(tǒng)制定可靠的整體防雷解決方案十分重要。
關于儲能系統(tǒng)整體防雷設計的相關標準要求
IEC 60364系列標準包含整體防雷系統(tǒng)的安裝標準，適用于移動式建筑和固定式建筑。因此，移動式集裝箱儲能系統(tǒng)，分布式儲能系統(tǒng)，以及永久布線，非移動式的電池儲能系統(tǒng)都屬于IEC 60364的適用范圍。
IEC 60364-4-44涉及在通過供電網絡傳輸的由于雷電等造成瞬態(tài)過電壓的情況下，對電氣系統(tǒng)的保護，包括供電線路中傳輸的直雷擊和由開關操作引起的瞬態(tài)過電壓。
該標準提供了系統(tǒng)各部位是否需要采取電涌保護措施的結論，評估了所在地點的風險，定義了電涌保護的類別和相應要求的設備額定耐沖擊電壓水平，并定義了是否需要額外的電涌保護裝置。它還考慮了系統(tǒng)防雷需求的可及性。
根據IEC 62305-2進行風險分析，以確定需要采取哪些外部防雷措施，例如，在規(guī)劃和實施防雷措施時需要考慮哪種級別的LPS（雷電防護系統(tǒng)）。
根據IEC 62305-3進行外部防雷系統(tǒng)的設計，以確定需要采取什么樣的外部防雷措施，例如，在規(guī)劃和實施防雷措施時需要考慮哪種方案的的ELPS（外部雷電防護系統(tǒng)）。
依據IEC 62305-4在并網設計中應對雷電和電涌保護措施作出設計。如果實施符合IEC 60364-4-44和IEC 62305的雷電和電涌保護措施，應按照IEC 60364-5-53進行安裝。
風電儲能系統(tǒng)(集裝箱式儲能系統(tǒng))的防雷設計
DEHN集團深耕防雷領域100余年，可以為風電、光伏和儲能產業(yè)提供全面的專業(yè)防雷解決方案，從而有效破解儲能行業(yè)防雷難題。
目前，DEHN集團與國內眾多儲能系統(tǒng)集成商，儲能系統(tǒng)配套廠家，設計院和業(yè)主都有深入和長期的合作關系，是國內儲能系統(tǒng)電涌保護器（SPD）的主要供應商之一。
下面先以配備了電池儲能系統(tǒng)的風力發(fā)電場為例，介紹一下風電儲能系統(tǒng)的防雷設計，根據標準要求需要對儲能系統(tǒng)的電子設備、電池和變流器進行防電涌保護。
圖1：風電儲能系統(tǒng)防雷設計
圖1顯示了一個風電儲能系統(tǒng)(集裝箱式)，儲能系統(tǒng)升壓變壓器或匯流升壓一體機的35kV交流高壓側需要進行防雷保護，可以采用DEHN集團的DMI系列中壓避雷器，該系列產品可配備DIC 10自動脫離單元和IZ100雷擊和泄露電流監(jiān)測裝置，可以可靠脫離系統(tǒng)中的故障避雷器，避免可能的接地故障，確保系統(tǒng)的無故障運行。儲能變流器（PCS）或匯流升壓一體機的交流側可以選用DEHN集團DG SE 系列產品進行保護，以確保儲能變流柜（PCS）持續(xù)可靠的運行。對儲能變流器（PCS）或匯流升壓一體機的直流側，直流匯流箱，推薦使用DEHNcombo系列1+2級復合式電涌保護器產品，適用于高達1500V的直流系統(tǒng)的防雷保護。儲能系統(tǒng)匯流箱與電池系統(tǒng)之間的直流連接線也需要進行防雷保護，同樣推薦使用1+2級復合式電涌保護器DEHNcombo系列產品。
DEHN集團信息系統(tǒng)電涌保護器BLITZDUCTOR Connect系列，適用于儲能系統(tǒng)有線數據接口，如RS485接口，模擬量，數字量，總線信號的電涌保護。其他的信息和通信接口如以太網接口可以由DEHNpatch系列產品可靠地保護。
對于隔離變壓器230/400V和400/690V供電線路的保護我們建議使用DEHNguard系列電涌保護裝置。
光伏儲能系統(tǒng)(集裝箱式儲能系統(tǒng))的防雷設計
下面再以配備了電池儲能系統(tǒng)的光伏電站為例介紹一下光伏儲能系統(tǒng)的防雷設計，根據標準要求也需要對該儲能系統(tǒng)的電子設備、電池和變流器進行防電涌保護。
圖2：光伏儲能系統(tǒng)防雷設計
圖2顯示了一個光伏儲能系統(tǒng)(集裝箱式)，通常設計中它通過集裝箱的金屬外殼將直擊雷泄放到土壤中，但是這里存在一個風險，普通貨柜集裝箱頂板和側板的鋼材厚度一般為2.0和1.6mm這個厚度不能保證在承接雷電流時不被熔化擊穿（引自GB50057-2010,條文說明5.7，已經證實，鐵板遭雷擊時，當其厚度小于4mm時在與閃擊通道接觸處有可能由于熔化而燒穿）。為了防止直擊雷在金屬屋頂產生熔化孔，可以在集裝箱的四個角安裝獨立接閃針作為設計的接閃器，并使用DEHN集團專利產品HVI引下線即耐高壓絕緣引下線來解決集裝箱式儲能系統(tǒng)面對的直擊雷以及其產生的雷擊電磁脈沖風險。圖中所示的接地系統(tǒng)由30 x 3.5 mm的扁鋼或直徑為14mm的圓鋼組成。
對于230/400V供電線路的防雷保護，我們建議使用DEHN集團的DEHNguard系列電涌保護裝置，可以可靠地保護終端設備。DEHN集團信息系統(tǒng)電涌保護器BLITZDUCTOR Connect系列，適用于儲能系統(tǒng)有線數據接口，如RS485接口，模擬量，數字量，總線信號的電涌保護。其他的信息和通信接口如以太網可以由DEHN集團的DEHNpatch系列產品可靠地保護，同軸天線接口可以由DEHNgate系列產品可靠地保護。電池與變流器直流輸出側之間的連接線推薦使用DEHNcombo系列1+2級復合式電涌保護器產品，適用于高達1500V的直流系統(tǒng)的防雷保護。
DEHNpatch系列產品可以為戶外監(jiān)控單元提供保護，比如帶有PoE接線的攝像機。此外，如果太陽能電站使用LED照明，也應該使用DEHN集團的DEHNcord系列產品保護其免受電涌和開關操作的影響。標準中要求的等電位連接可以通過DEHN集團K12等電位連接排實現。這些接地排經過專門測試，適用于根據IEC 60364-4-41/ 60364-5 - 54進行保護和功能等電位連接的應用場景，需要根據IEC 62305-3進行雷電等電位連接。
中國承諾2030年前實現碳達峰，努力爭取2060年前實現碳中和，這是中國推動落實應對氣候變化《巴黎協(xié)定》所邁出的重要一步，在此背景下，隨著可再生能源產品的大發(fā)展，儲能行業(yè)也迎來了爆發(fā)式的增長。而一個產業(yè)要想健康可持續(xù)發(fā)展，其前提條件是行業(yè)標準的完善和規(guī)范。近年來DEHN積極投身于國內的國家、行業(yè)以及團體標準的制定中，先后參與了GB/T 18802.11， GB/T 18802.21，GB/T33588.8等標準的編制，也與各個認證機構和相關組織進行密切合作，制定了一系列的先進技術應用規(guī)范。
未來，DEHN集團還將不斷擴大產品國產化的力度，擴大在中國的產能，持續(xù)向客戶推廣防雷咨詢和服務業(yè)務，以客戶需求為導向，不斷加強在國內的技術研發(fā)力度，為客戶提供高質量、高效率的防雷服務，助力儲能產業(yè)降本增效，為中國“碳達峰·碳中和”目標貢獻一份力量。
您的位置：