火灾之下,特斯拉站上储能技术转折点
韩非子云“千丈之堤,以蝼蚁之穴溃;百尺之室,以突隙之烟焚”,警醒庞大工程的管理者关注细微处的隐患。其中,消防安全隐患最容易让储能系统翻车,连被“神”化的特斯拉也不能幸免。
上周五,采用特斯拉MEGAPACK电池系统的澳大利亚“维多利亚大电池”储能项目突发大火,150名消防员,30多台消防车出动,花了三天多的时间才勉强控制住了火势。由于现场毒烟弥漫,其他储能集装箱也有随时爆燃的可能性,考虑到消防员的生命安全,他们做的最多的工作不是主动灭火,而是密切监控、阻止火势蔓延到其他电池,发布有毒烟雾警告,”直到它自行燃烧为止“。
大洋彼岸的特斯拉CEO马斯克却气定神闲地在TWITTER上笑称:“PROMETHEUS UNBOUND(为人类盗取火种的神——普罗米修斯不受控了),似乎全然不放心上。
马斯克这种四两拨千斤的回应,真的只是因为他异于常人的脑回路?
深究这场火灾之后,我们有了不一样的发现:或许,马斯克早就想好放弃使用三元锂作为大型储能系统的主要技术,澳大利亚“维多利亚大电池”储能项目只是MEGAPACK电池系统未完成技术迭代之前的产物。
“等等,在所有特斯拉的官方资讯中,从未说明三元锂是MEGAPACK主要的储能技术,只有含糊地解释使用的是‘锂离子’,你是怎么知道的呢?”
诚然,一说起现有的、成熟的大型储能系统,无非就是三元锂和磷酸铁锂这两种技术选型。拔出萝卜带出泥,笔者敢认定这场事故祸起三元锂,正是因为发现了以下这些蛛丝马迹:
磷酸铁锂的能量密度普遍在150WH/KG,宁德时代的磷酸铁锂电池能量密度可达161.29WH/KG,代表了目前世界上最高的磷酸铁锂电池能量密度水平。根据报道,特斯拉起火的MEGAPACK锂电池重量为13吨,而特斯拉官网宣称每块MEGAPACK锂电池最大能量容量为3MWH,通过计算,其能量密度为
从烟火比例可以看出端倪:磷酸铁锂电池着火时火小烟大,三元锂电池火大烟小。根据现场传来的图片,可谓火光冲天,正是三元锂燃烧的特点。仔细看下图,烟气和火光是从风扇散热口不断冒出的,说明电池组和连接外界的内部管道相通,或许是已经预见了三元锂的高可燃风险,故设计此结构,让可燃气体及时排出,不至于聚集爆炸。
在储能电池的全生命周期中,鲜少需要满充满放 ,为啥?因为满充满放容易演化成过充过放,引发的电池副反应:首先是过量的锂嵌入负极,在负极表面会生长锂枝晶。其次是过量的锂从正极脱出,引起正极结构坍塌,放出热量和氧气。氧气会加速电解液的分解,电池内压不断升高,一定程度后安全阀开启。活性物质和空气的接触会进一步产生更多的热量,最终造成事故……因此,避免这种副反应的发生就能避免火灾的发生。
那么什么时候最容易过充过放?答案是测试时,因为需要初始化SOH。在全球32起电化学储能电站起火或爆炸事故中,三元锂电池占到了25起,其中16其发生在充电后休止时。可以想见,这在储能行业这是一件极有风险的事情!特斯拉此次事故正是发生在与主电网并网前的测试阶段,恐怕不是一个巧合。
从产业链的角度来看,中国的磷酸铁锂技术专利数量最多,产业链最全,三元锂则并非如此。特斯拉海外电池供应商只有LG化学和松下(冷知识:2020年1月宁德时代成为特斯拉第三家电池供应商),而LG化学和松下的主流生产链产品就是三元锂电池,很难不让人推测出特斯拉的电池产品技术选型。
7月27日,也就是这场火灾的前几天,在特斯拉召开的2021年第二季度财报电话会议上,马斯克在电话会中透露,未来特斯拉电池构成上转变,将使用2/3的磷酸铁锂电池和1/3的镍电池,他说“对于电站的储电设备而言,储电强度不是重中之重,所以这些领域主要还是会以基于铁的锂离子电池为主。”
特斯拉的这一决定足够重大,释放了利好中国的储能全产业链的信号。这也意味着,磷酸铁锂高安全性的好处得到国际巨头的认可,让我们给特斯拉产品线的调整一点时间。
近日,宁德时代发布了钠离子电池,有朋友问笔者的看法。依照笔者的了解,钠离子循环次数少(仅有1000次),能量密度比磷酸铁锂还低,估计真正量产还需等待2~3年的时间。
不过,储能技术没有YYDS(永远滴神),只有不断试错和验证。很高兴看到有实力的企业、高校进行科创研究,不断突破储能技术的上限。如果,当下要保质保量地完成一个用户侧电化学储能项目,磷酸铁锂是多方平衡后的不二之选。
每一场储能站的消防安全事故,也许都会留下一次集体创伤记忆,但杀不死我们的,都会让我们更强大。一个人的成长,或许要用伤疤来铭记,一家公司的成长,又何尝不是呢?