1-数据来源：2-数据来源：中国储能联盟 https:3-数据来源：与大型储能系统相比，工商业储能系统应用于工厂、医院、商场和校园等更复杂的场景，这些场景消防安全挑战更大，人口和资产更为密集，使得安全需求尤为关键。为避免该行业频繁发生安全事故，并引导行业向更高的安全标准发展，华为数字能源与TÜV莱茵联合发布了《工商业储能C2C双链路安全白皮书》。该白皮书强调了在构建工商业储能系统时电池单体和系统的安全设计的重要性，指出了行业安全标准当前的不足，同时提出了前瞻性的创新技术理念与方向，供行业参考。
04.安全分类：03.C2C双链路安全架构 17可持续产业发展关键30前言01.安全是C&I ESS发展的基石 0205.严格的安全测试：行业最高安全级别目录3.1 C2C双链安全架构：天生安全，全程安全3.2 电气连接安全：短路预防和隔离3.3 热耦合安全：热失控缓解与抑制3.4 建立以安全为中心的质量体系5.1 满足高于行业标准的安全要求测试5.2 极端热失控测试：无扩散、无爆炸、无人员伤亡5.3 首席安全：行业首个最高安全认证02.C&I ESS安全风险分析与挑战2.1 安全风险源和热失控机理2.2 传统安全设计的不足与挑战4.1 行业现有安全标准4.2 ESS安全分类的必要性4.3 等级和标准1.1 C&I ESS市场快速增长1.2 C&I ESS安全的重要性1.3 全球ESS安全事故分析06.总结与展望
18-2122-2627-29344308-1010-16303132-3302-0304-0506-0744
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1.1 C&I ESS市场快速增长4-数据来源：中国储能网（https://finance.sina.cn/2024-11-19/detail-incwqkxu2986592.d.html, 2024-11-19），以及 Wood Mackenzie，2024自2023年以来，C&I储能系统的全球需求经历了爆发式增长。C&I储能系统的装机容量增长率超过了大型电网和户用储能系统，规模翻了一番。储能系统价格直接影响C&I储能项目的总投资和经济效益。自2023年以来，碳酸锂价格大幅下降，同时市场参与者数量迅速增加，竞争加剧。这些因素使得各种储能系统的价格降低了50%以上，显著提高了C&I储能项目的投资回报率。最初，C&I储能系统的主要需求围绕着应急备用电源。随着时间的推移，这种需求已经演变成了多样化成熟的企业场景，例如C&I节能减排、降低能源消费成本以及光伏+储能+充电桩集成。图1 近年来C&I ESS增长数据4
这归因于他们先进的工商业(C&I)部门以及对工商业(C&I)储能系统(ESS)的强有力政策支持。此外，光伏组件成本的下降和光伏+储能系统(ESS)的投资回报期(ROI)缩短刺激了分布式光伏+储能系统的增长，进而推动了工商业(C&I)储能系统新装机容量的增加。例如，欧盟(EU)的“适应55”和“欧盟能源独立”计划设定了雄心勃勃的可再生能源目标，旨在到2030年实现45%的可再生电力发电量。从2026年起，所有屋顶面积超过250平方米的新公共和商业建筑必须安装屋顶光伏系统，直接推动了储能需求。6在过去的两年里，中国的C&I储能政策体现了国家战略规划与地方创新相结合的特点。电力价格改革、财政补贴、市场准入改善和技术标准化等措施正在加速从试点示范向大规模应用的过渡。5-数据来源：中国电源工业协会发布的2023年中国工商业储能发展白皮书 6-数据来源： 7-数据来源：关于建立和完善电力辅助服务市场价格机制的通知，2024年能源工作指南，以及关于促进新型储能并网和调度的通知，改进分时电价机制并鼓励企业建设分布式能源和储能设施。自2022年以来，已推出超过40项针对工商业储能的直接补贴政策，包括浙江、广东、江苏、重庆、安徽和天津，推动项目实施7到2025年，全球工商业储能的累计装机容量预计将达到11.5吉瓦，其中中国和欧洲占全球容量的50%以上5此外，随着能源价格波动加剧、电池技术的持续进步和成本降低，C&I行业采用ESSs变得更加经济。在欧洲，许多德国、英国和荷兰等国家的公司已经开始集成ESSs，以促进生产过程的电气化。越来越多的中小企业和工业设施正逐步实现能源自给自足。2024年1月至4月期间，中国国家发展和改革委员会及国家能源局发布了四项关于储能系统的政策。这些政策包括《关于加强削峰储能系统及智能调度能力建设指南》
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1.2 C&I ESS安全的重要性1.2.1 ESS安全成为行业关注焦点1.2.2 ESS产品存在高安全风险图2 ESS发展的关键约束ESSs由于其电池的特性，本质上具有很高的安全风险。目前，大多数ESSs使用磷酸铁锂（LFP）电池。由于锂离子活性很高，如果内部或外部因素触发电池内部正负材料之间的剧烈反应，产生的热失控非常难以控制。在由许多电池组成的ESSs中，这种风险因电池容量大、电压高而进一步放大。热失控的破坏性使得ESSs的安全风险尤其关键。根据TÜV Rheinland进行的一项后续调查，过去五年对ESS安全问题及行业标准的缺乏的关注显著增加9.9-数据来源：大东时报、电池企业进步社区（cbea.com），以及《2024年全球储能行业趋势预测报告》（发布于2023年12月）
02 人口稠密01复杂环境1.2.3 C&I ESSs面临更大的安全挑战03 密集资产与传统的公用事业规模储能系统相比，工商业储能系统应用在更复杂的场景中，其中消防安全更具挑战性，人口和资产密度更高。储能系统通常更靠近人口和资产，其使用频率也更高。因此，当安全风险出现时，潜在损害和社会影响可能远更大。工商业储能系统建设的关键特性和挑战包括：与位于人口稀疏地区的电网侧储能电站相比，工商业储能电站通常离人们生活和工作的地方要近得多。这增加了最小化事故频率和潜在危害严重性以确保证设施周边人员安全的重要性。C&I储能系统应用于工厂、医院、购物中心和校园等各种电力使用场景。储能系统的部署位置在这些场景中有所不同。有些位于周边空间有限的区域、阻碍且曲折的消防设备通道，或邻近高价值资产。这些条件使得灭火更具挑战性。C&I ESSs与公司的核心资产和运营紧密相关。在资本密集型领域，ESSs的任何故障都会带来重大风险——不仅危及人身安全，还可能导致严重的经济损失。这些领域通常包括精密制造设施和充电站。
伤害了两位消防员，以及韩国发生的一起工厂事故，悲剧性地导致23人死亡。1.3 全球ESS安全事故分析2024年9月仅在一个半月内，澳大利亚、法国、德国和奥地利等国家就报告了八起ESS安全事故。这些事故范围从锂电池生产设施火灾到数据中心火灾。更早的事故包括德国内穆尔商业区的火灾和次生爆炸，图3 两名消防员在德国Nemours商业区ESS门的爆炸中受伤图5 美国亚利桑那州麦克米肯的一个2兆瓦/2.47兆瓦时储能站的意外事故6对这起事故的分析表明，它们主要是由绝缘失效和短路蔓延等因素造成的。散热失控和消防措施不足加剧了这些事故，导致更大规模的损害，甚至造成人员伤亡。根据CESA，自2009年11月起，全球已发生117起与ESS相关的事故，其中约四分之三发生在工商业ESS中。10-11-数据来源：储能中国新闻网 12-数据来源：福克斯新闻 13-数据来源：韩国国家消防局
图6 韩国忠清南道的一个光伏电站发生ESS火灾7图4 法国圣埃斯皮里特的一座养鸡场发生爆炸，造成数百万欧元的资产损失6
14-数据源：美国电力研究协会（EPRI）的BESS故障事件数据库这些ESS事故往往涉及经过标准测试和认证的产品，其中一些甚至符合当前的欧洲或北美标准。然而，事故仍然发生，这表明ESS市场上的现有标准不足以完全满足ESS设施的安全要求。存在很大的改进和进一步细化的空间。
表2 ESS安全风险源分析2.1.1 ESS安全风险源C&I ESS安全风险评估与挑战机械损伤：在制造、运输或安装过程中，掉落、振动、碰撞、挤压或穿透等外部机械力可能会损坏电池结构或产生内部缺陷。这可能导致电芯外壳变形、隔膜损坏或电解液泄漏。电气滥用：不正确的电气操作或电路故障，包括过充、过放、绝缘失效、控制失效或外部短路，可能导致电池内部短路。热滥用：外部高温环境或内部热扩散会导致电池内部温度异常升高，从而引发热失控风险。2.1安全风险源与热失控机制根据其潜在机制，储能系统（ESS）中热失控的风险可分为三种主要类型：机械滥用、电气滥用和热滥用。
02 热失控扩散：加剧ESS安全风险2.1.2 ESS热失控机制01 短路：热失控的根源热失控蔓延代表着储能系统中安全风险的升级。通常，热失控从电池层面开始，逐渐蔓延到更广的区域，可能引发电池包火灾、储能柜内的燃烧或爆炸，甚至蔓延至柜间。这会严重影响周边资产和人员。短路通常由于外部和环境风险、电气风险、内部缺陷以及控制故障而发生。例如，由碰撞、过充或过放引起的电池单元内部短路，以及制造缺陷，可能导致电芯级别内部或外部短路，甚至升级为储能系统（如BMS故障、功能安全故障和误操作）故障。电气连接故障如短路是储能系统安全风险的根本原因。短路可能发生在任何连接处，包括电池单元、电池包、内部系统电路或外部电路。一旦发生短路，就有可能蔓延并最终引发热失控。锂离子电池热失控涉及剧烈的放热反应，加速热失控。平均而言，一个电池包包含约60-100个电芯，它们密集地堆叠。一旦一个电芯经历热失控，热量会迅速传播到相邻电芯，引发进一步的热失控，并扩展到整个电池包甚至整个储能系统。该反应既剧烈又迅速，热量产生使电池温度迅速飙升到400°C至1000°C之间。此外，热失控过程会产生大量可燃气体（如CO和H₂）。当这些气体与空气中的O2混合并达到爆炸极限时，它们会在高温或明火的作用下点燃，导致爆炸和火势蔓延。
图7 电气短路原因
01精确检测和预警电池单元内部短路：解决传统方案在数据分析和故障预警方面的弱点2.2.1 电力连接短路保护设计的不足与挑战C&I储能系统高度复杂，对系统集成设计提出了严格要求。随着电池单体技术的日益成熟，储能系统的安全性现在越来越依赖于系统集成设计。系统设计中的缺陷，如电气连接的电气短路保护以及热连接的热失控抑制措施，是储能系统中安全风险的产生和升级的主要原因。它们也是C&I储能系统安全设计面临的痛点和挑战。2.2传统安全设计的不足与挑战ESS热失控一般是由电池内部短路引起的。电池内部短路可能由于电池外壳损坏、枝晶穿透或电解液泄漏而发生。电池内部短路主要体现在异常的电池参数上。目前，行业内传统的ESS在短路保护方面存在以下痛点和问题：此外，传统的用于电池单元异常的板级预警算法存在显著缺点，包括高误差范围、速度慢和低能力上限。这些因素限制了有效提前识别和预警电池单元故障的能力。识别和警告电池内部短路需要跨越大量电池进行广泛的数据收集和分析。这种数据收集的精度和速度很大程度上取决于数据收集芯片的功能。然而，目前ESS中使用的传统数据收集芯片往往面临数据收集能力低和误差
