電網儲能場域安全運維與設計：材料世界網

張萍 / 工研院產科國際所；鄧禮濤、楊昌中 / 工研院綠能所

再生能源的間歇性會影響電網穩定，因此電力公司需要更彈性的調度及相對應的電網建設升級，儲能被視為解決方案之一，也帶動了各個應用場域中儲能的機會與需求。然而，隨著裝置量成長的躍升，更不能輕忽最根本的安全性問題。各國政府已加強注意儲能安全問題，並加速相關安全標準與規範之制定。本文從國際間主要與儲能系統相關之安全規範標準著手，並參考國際間主要國家之儲能設置規範與程序現況，以國際電網級儲能系統產品相關需求，搭配國內產品與技術環境現況，歸納出儲能產品建置監管與運維要求建議。

【內文精選】

前言

隨著再生能源併網及滲透率提升，再生能源的間歇性將影響電網穩定，使得電力公司需要更彈性的調度及相對應的電網建設升級，儲能因而被視為解決方案之一，且在變化中的電力環境和供需結構顯現價值，而帶動了各個應用場域中儲能的機會與需求。然而，過於快速的成長若忽略了應有的標準流程、安全檢測，則可能釀成社會安全的危害與儲能發展的威脅。近年來國際發生多起大型儲能設備事故，例如韓國累積發生約30起火災意外，致使韓國市場儲能發展停滯；其他如美國、中國、澳洲皆發生儲能意外，亦引發社會關注。裝置量成長的躍升，更不能輕忽最根本的安全性問題。各國政府已加強注意儲能安全問題，並加速相關安全標準與規範之制定。本文將分析高壓電池安全設計及國際電網儲能場域安全運維經驗等兩方面因素，並初步探討有助於儲能案場運轉之人工智慧技術，提供各界參考。

高壓電池絕緣與接地偵測

儲能機櫃的絕緣(Insulation)和接地設計，實務上會顯著影響後續運轉維運的安全性，特別是國際儲能機櫃設計逐漸朝向kV等級以上電壓，相關設計更顯重要。儲能電池的直流系統由電池端高壓與輔助電源（如電池管理系統）的低壓兩部分組成，低壓系統之負極與機櫃外殼搭接而作為共同的準位，而高壓系統則不和機櫃本體搭接成為浮接狀態。儲能電池系統之高壓和低壓系統必須是獨立的電力迴路，可防止高壓和低壓系統異常訊號的交相干擾，並降低操作人員在高壓迴路側感電的機率。由於儲能電池直流系統是一個絕緣系統，其絕緣電阻達數十百萬歐姆，在正常工作下，直流系統正、負極對地絕緣電阻相等，對地電壓也是相對平衡的。當發生單點接地時，其正、負極對地電壓會產生變化，接地極對地電壓降低，非接地極電壓升高，控制迴路和供電可靠性會大幅降低，但一般不會引發電氣控制系統的次生故障。但當直流系統有兩點或多點接地時，容易引起邏輯控制迴路的誤作動，使直流保險絲熔斷，並且使保護及自動裝置、控制迴路失去電源。若在複雜保護迴路中同極兩點接地，還可能將迴路上的繼電器短路或是不能正常作動，致使保護迴路失效，造成事故擴大。高壓之電池系統，其設計考量層面需非常嚴謹，尤其在電池模組的機構設計上，需考量絕緣安全距離的規範，如表一所示的UL 9540之儲能系統(ESS)電氣距離規範，才能保障操作維護人員安全。

表一、UL 9540之儲能系統電氣距離規範

儲能系統運維暨監管機制安規標準現況

根據儲能系統容量以及設置環境地點等因素，而會對運維(O&M)監管有不同的需求等級，目前國際間尚未針對儲能系統的運維監管提出一致性的標準，然而考量儲能系統的消防安全，降低風險的測試和安全規範標準至關重要，相關標準如IFC、NFPA、UL等安全規範標準內容在近幾年內皆有頻繁更新與調整。如電力自由化相當早的美國，一直都是由各州政府相對應的機構進行監管和申設之審查與批准，難以拿出美國聯邦之間全體適用的條例，完全取決於該儲能項目所處的州、地方政府。目前在消防方面，主要是將鋰離子電池當作危險物品，因其內部具有可燃燒的液體，且電池模組裡面可能是好幾顆電池的疊加，因此各地政府需要因應儲能系統整個生命週期來制定相應的標準。

本文從前述儲能系統安全相關標準中，挑選出與儲能系統運維與監控相關之內容進行比較。除了國際消防協會(IFC)、美國國家防火協會(NFPA)、國際電工委員會(IEC)、UL美國保險商實驗室(UL)外，還有美國相互保險公司(Factory Mutual Global)、韓國電氣安全公社(KEPCO)等皆有提出對儲能系統運維之安全規範建議，相關標準名稱與主要內容彙整如表二。

表二、國際儲能設備技術安裝運維相關標準