2017到2022年間，全球電化學(xué)儲能電站發(fā)生超70起安全事故，安全問題已成為制約行業(yè)發(fā)展的“不定時炸彈”。

公開披露的儲能電站起火事故中，2020年前絕大部分為三元鋰電池，約占80%以上，主要發(fā)生在韓國、美國等。近幾年，隨著磷酸鐵鋰電池被廣泛采用，磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)起火事故的比例在不斷增加。

2022年以來，國內(nèi)新增投運新型儲能項目中百兆瓦級成為常態(tài)，甚至吉瓦級項目也有規(guī)劃，裝機量高速增長的同時，儲能產(chǎn)業(yè)正面臨前所未有的安全與消防壓力。

形勢嚴(yán)峻

在海外，韓國曾在2018年電化學(xué)儲能裝機規(guī)模躍居全球榜首，但2017.08~2019.05期間，韓國1000余座電化學(xué)儲能電站發(fā)生火災(zāi)23起，每座年發(fā)生火災(zāi)概率約達1.5%。LG化學(xué)公司、三星SDI公司和LS工業(yè)系統(tǒng)公司等儲能企業(yè)由于政府多次推遲公布火災(zāi)原因而陷入經(jīng)營危機，產(chǎn)業(yè)受到了致命的打擊。

美國近幾年電化學(xué)儲能電站火災(zāi)頻繁發(fā)生，2022年4月亞利桑那州總?cè)萘?0MW/40MWh儲能電站發(fā)生火災(zāi)，持續(xù)悶燒5天無法滅火。2021年7月，澳大利亞最大儲能電站發(fā)生火災(zāi).....

在國內(nèi)，2017年山西某火力發(fā)電廠儲能系統(tǒng)發(fā)生大火持續(xù)7小時(發(fā)電側(cè));2018年8月，總投資約1.9億元的鎮(zhèn)江揚中某儲能電站的電池集裝箱起火并燒毀(電網(wǎng)側(cè));2019年5月，北京某酒店的用戶側(cè)儲能項目發(fā)生火災(zāi);2021年4月，北京集美大紅門25MWh電站火災(zāi)導(dǎo)致2名消防員犧牲，1名員工失聯(lián)，1名消防員受傷(光儲充一體綜合);2022年，江西、海南等儲能電站相繼火災(zāi).....

可以看到，消防安全問題已成為儲能規(guī)模化發(fā)展“掣肘”，只有解決安全問題，儲能產(chǎn)業(yè)才能走向健康發(fā)展。

據(jù)了解，火災(zāi)多數(shù)發(fā)生在調(diào)試階段、充電中或充電后休止中，此時電池電壓高，活性大串并聯(lián)電池簇間形成環(huán)流，加上鋰離子電池?zé)崾Э剡^程中產(chǎn)生大量的氫氣、一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，除火災(zāi)外，儲能電池?zé)崾Э剡€伴隨產(chǎn)氣及燃爆危害。

LFP電池隨著SOC(荷電狀態(tài))的增加，熱失控H2、CH4、C2H4、CO的產(chǎn)量逐漸增加、CO2的產(chǎn)量減少。在0%-50% S0C階段，H2和CO2的變化趨勢明顯，CH4、C2H4、CO變化不是很顯著;500%-100% S0C階段，產(chǎn)氣成分差距不大。LFP電池在50% S0C時就已經(jīng)產(chǎn)生很多可燃氣體。

本征時序決定最高溫度，小電芯正負極反應(yīng)分開，熱失控最高溫度在400~500°C，大電芯傳熱效應(yīng)疊加提高溫度，正極釋氧分解參與反應(yīng)，熱失控最高溫度達700~900°C。針對320Ah LFP電池單體的側(cè)向加熱實驗顯示，電池內(nèi)部溫度超過823.5°C時，超過磷酸鐵鋰正極分解溫度，產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽。

在儲能電站向大容量方向發(fā)展的同時，儲能安全與消防方面也將面臨更為嚴(yán)峻的考驗，行業(yè)呼喚“儲能級”、“核電級”安全標(biāo)準(zhǔn)。

新標(biāo)準(zhǔn)呼之欲出

儲能電站安全面臨的首要問題是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范嚴(yán)重滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在儲能行業(yè)日新月異的今天，市場已經(jīng)遠遠走在了政策的前面。

當(dāng)下儲能電站的設(shè)計建設(shè)工作主要由國家強制標(biāo)準(zhǔn)《電化學(xué)儲能電站設(shè)計規(guī)范》(GB51048-2014)進行相關(guān)技術(shù)指標(biāo)指導(dǎo)，該標(biāo)準(zhǔn)制定于2014年，當(dāng)時把儲能電站當(dāng)作建筑來看待。但眾所周知，儲能電站的火災(zāi)與建筑火災(zāi)的危害等級、防治措施等完全不同。

值得慶幸的是，產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界已經(jīng)意識到制定儲能行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)的緊迫性。

對于儲能安全風(fēng)險，《“十四五”國家安全生產(chǎn)規(guī)劃》中強調(diào)，要嚴(yán)密防控電化學(xué)儲能電站等新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)安全風(fēng)險。《國家能源局綜合司關(guān)于加強電化學(xué)儲能電站安全管理的通知》中將項目法人列為安全運行責(zé)任主體，從規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選型、施工驗收、并網(wǎng)驗收、運行維護、應(yīng)急消防處置能力提出安全管理要求。

2022年12月30日，《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》發(fā)布，將于2023年7月1日起實施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電化學(xué)儲能電站設(shè)備設(shè)施安全技術(shù)要求運行、維護、檢修、試驗等方面的安全要求，涉及儲能電池、BMS、PCS監(jiān)控、消防等各類設(shè)備的檢修規(guī)定。

2023年2月22日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、國家能源局發(fā)布《新型儲能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的通知，共出臺205項新型儲能標(biāo)準(zhǔn)。通知提到，2023年將制修訂100項以上新型儲能重點標(biāo)準(zhǔn)，加快制修訂設(shè)計規(guī)范、安全規(guī)程、施工及驗收等儲能電站標(biāo)準(zhǔn)，開展儲能電站安全標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)急管理、消防等標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研，盡快建立完善安全標(biāo)準(zhǔn)體系。

2023年3月17日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、歐盟科學(xué)院院士孫金華表示，“《電化學(xué)儲能電站設(shè)計規(guī)范》已修訂了很長時間，去年也反復(fù)多輪征求大家意見。最近，這個新規(guī)范將會發(fā)布。”

新技術(shù)百舸爭流

儲能電站事故頻發(fā)催生儲能消防需求，據(jù)預(yù)計，國內(nèi)儲能消防市場空間正邁向百億級。

消防方面，以前投運的三元儲能電站、梯次儲能電站、多年運行老化儲能電站消防安全有待加強，新建儲能電站向大容量演進也對安全要求大幅提升。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的出臺，業(yè)內(nèi)對儲能電站的安全要求只會越來越嚴(yán)，重價不重質(zhì)的企業(yè)將會被無情淘汰。

在此背景下，鋰電池本征安全提升、儲能場所安全風(fēng)險評估、火災(zāi)防控與滅火技術(shù)研發(fā)等成為業(yè)內(nèi)研究熱點。

儲能電站火災(zāi)安全面臨標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范嚴(yán)重滯后于儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電池故障隱患與熱失控精準(zhǔn)預(yù)警技術(shù)缺乏，儲能電站的高效滅火技術(shù)尚不成熟，協(xié)同一體化安防技術(shù)與智能管理系統(tǒng)缺乏等問題。

較早期的儲能電站采用的滅火技術(shù)主要有七氟丙烷滅火系統(tǒng)、氣溶膠滅火系統(tǒng)、水系滅火系統(tǒng)等。近幾年，儲能電站火災(zāi)安全技術(shù)在包括電池?zé)崾Э仡A(yù)警技術(shù)、全氟己酮滅火系統(tǒng)、液氮滅火抑爆技術(shù)、電池模組熱管理與熱失控阻隔耦合技術(shù)、浸沒式液冷熱/安全管理技術(shù)等方面取得了進展。

具體來看，干粉滅火劑及氣體滅火劑降溫效果較差，并不能阻止電池的熱失控。

水系統(tǒng)滅火對單體電芯、輸出電壓較低的模組而言，其滅火性能以及冷卻效果均較好，但對儲能電站等輸出電壓很高的情況，會造成系統(tǒng)短路誘發(fā)二次火災(zāi)，電池整體報廢。

七氟丙烷滅火技術(shù)雖然滅火效果好，但對電池降溫效果差。電池溫度會再次升高從而發(fā)生二次復(fù)燃。此外，根據(jù)《蒙特利爾議定書》要求，七氟丙烷將于2024年開始逐步被限制使用。

全氟己酮可快速撲滅明火，具有一定的冷卻效能，但若不能保持一定滅火劑濃度和足夠的浸漬時間，無法抑制磷酸鐵鋰電池的熱失控。

液氮滅火抑爆技術(shù)可在極端條件下快速響應(yīng)滅火。實驗表明，液氮能夠在5S內(nèi)撲滅電池模組火災(zāi)，并在短時間內(nèi)實現(xiàn)降溫，防止火災(zāi)擴散。不過液氮滅火中注氮時機、注氮方式、注氮量、注氮管徑等抑滅效果影響較大，且需兼顧安全性與經(jīng)濟性。

電池?zé)崾Э仡A(yù)警技術(shù)主要針對鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警問題，大量研究從電池溫度以及實時檢測電池產(chǎn)生的特征氣體(CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6等)等方面提出了不同的方案。通常項目中會配備氣體、煙感、溫感探測器實現(xiàn)熱失控和火災(zāi)預(yù)警，此外還配備攝像頭來輔助判斷安全狀況。不過，預(yù)警探測的及時性、準(zhǔn)確率仍有待提升。

浸沒式液冷熱/安全管理技術(shù)可提高散熱效率，防止電池溫升提升系統(tǒng)安全性均衡電池溫度，延長壽命，但建設(shè)和運行維護成本、長時間運行冷卻液更換頻率等方面仍有待研究。3月6日，全球首個浸沒式液冷儲能電站——南方電網(wǎng)梅州寶湖儲能電站在梅州五華已正式投入運行。

模塊級滅火方案以電池模塊為單位，配置可燃氣體探測器和滅火介質(zhì)噴頭。通過可燃氣體探測器、溫度傳感器結(jié)合電池管理系統(tǒng)識別電池的早期熱失控狀態(tài)，在單體電池?zé)崾Э睾?，通過電池模塊配置的滅火介質(zhì)噴頭噴灑滅火介質(zhì)，阻止火災(zāi)的蔓延。

可以看到，在政策與技術(shù)以及大眾認知層面，儲能安全與消防取得了長足的進步，為儲能產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展保駕護航。

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