能源存储系统正从技术突破走向大规模部署，成为实现碳中和的战略支撑。然而，快速扩张也带来了日益复杂的安全和可靠性挑战。传统单一层级的保护和短期成本驱动方法已无法应对系统级风险，成为可持续发展的关键制约。
为应对这一挑战，国际电工委员会（IEC）、美国国家消防协会（NFPA）和中国国家能源局等权威机构相继升级了监管框架，标志着行业向“系统级、全生命周期”安全标准转变。作为独立的第三方检验、测试和认证机构，TÜV Rheinland 认识到认证不仅是合规，更是质量和安全的战略保障。从研发到制造、部署再到最终报废，我们应用严谨的科学方法，提供权威的产品验证，并加强行业整体安全框架，促进创新和风险管理的同步发展。
本白皮书提出的全维度安全理念，响应了能源存储行业不断变化的安全需求。在空间上，它确保从电池单体到电网的全面保护；在时间上，它建立从开发到报废的全生命周期监管。TÜV Rheinland 始终致力于与行业合作，推动能源存储迈向高质量、可持续的未来。
能源存储发展趋势和挑战：
- 产品层面：电池单体、集装箱和电站的容量持续增加。2021年，主流电池容量约为280Ah，单个集装箱容量约为3MWh，单个电站规模在数百MWh。预计到2024年，电池单体容量将超过500Ah，单个集装箱容量将超过6MWh，单个电站规模将超过GWh级别。
- 市场层面：全球能源转型加速，高比例可再生能源的集成，为能源存储创造了新的机遇。根据BloombergNEF预测，到2035年，全球累计能源存储安装容量预计将比2024年增长12倍，达到7.3TWh。
- 安全挑战：系统安全成为日益重要的关注点。清洁能源协会（CEA）2024年统计数据表明，70%的能源存储系统安全设计缺陷源于系统和模块，而30%源于电池单体。这暴露了行业普遍存在的误解，即认为电池安全等同于整体系统安全，也反映了系统安全风险的普遍性。
能源存储系统风险景观：
- 电池层面：热失控风险是主要威胁，主要由电池的热滥用、机械滥用和电滥用引起。
- 电气层面：短路和电弧故障是主要风险，通常由安装不规范、连接点接触不良、绝缘材料老化或损坏等引起。
- 系统层面：故障隔离和协调不足可能导致局部故障升级为系统级灾难。
- 电网层面：高比例可再生能源接入导致系统惯性降低，扰动耐受性减弱，增加了频率、电压、功率角和宽频稳定性方面的挑战。
能源存储全维度安全架构：
- 电池级安全架构：通过质量电池选择、热电分离设计、BM2 T电池监控与管理技术、多维感知、精确状态感知、多级协调安全控制等手段，实现电池层面的安全保护。
- 电气级安全架构：通过液体电气分离设计、风险感知、全链路风险隔离、电弧风险控制、绝缘风险早期预警、主动电弧熄灭等技术，实现电气层面的安全保护。
- 系统级安全架构：通过系统级功能安全验证、八层系统安全保护框架、集成式灭火系统等，实现系统层面的安全保护。
- 电站级安全架构：通过大型-scale burn test，验证电站级安全设计，确保热事件不会蔓延至整个电站。
- 电网级安全架构：通过Stem-Cell Grid-Forming Technology 2.0，实现电网层面的安全支持，包括频率稳定性、电压稳定性、功率角稳定性和宽带振荡抑制。
- 全生命周期安全支持系统：通过仿真驱动设计、研发基础、闭环验证、精益制造、先进运维、一站式服务和绿色报废，实现全生命周期的安全保护。
研究结论：
- 能源存储安全需要从被动保护转向主动风险管理，将安全融入整个系统。
- TÜV Rheinland的全维度安全架构，覆盖所有系统层级和整个生命周期，确保能源存储系统不仅功能强大，而且可靠、耐用、安全。
- 能源存储安全不仅关乎物理保护和环境韧性，更关乎在动态、真实的运行条件下保持稳定。
- 全维度安全方法支持在从公用事业规模到商业和工业部署的广泛应用中保持安全，并能无缝适应复杂的电网架构，包括源-网-荷-储微电网和离网离岛系统。
