儲能電站的消防安全

■ 陳 楊

（浙江浙能電力股份有限公司生產安全部，浙江 杭州 310063）

通過對近期發生的儲能電站火災事故，圍繞火災、爆炸等關鍵環節，對儲能電站的火災危險性進行分析，為火災的預防與事故后期的處理提供依據。

儲能電站；爆炸；消防

0 引言

2021年4月16日12時17分，北京市119消防指揮中心接到報警，豐臺區南四環永外大紅門西馬廠甲14號院內儲能電站起火，于是，緊急調派15個消防站47輛消防車、235名救援人員到場處置。14時15分許，在對電站南區進行處置過程中，電站北區在毫無征兆的情況下突然發生爆炸，導致2名消防員犧牲、1名消防員受傷（傷情穩定），電站內的1名員工失聯。

這起事故再一次把電化學儲能的安全性提上了行業“熱搜”。此后，有多個涉及儲能電站被要求暫停運行并進行整改，要求對儲能安全性問題引起足夠重視：確保安全與降低成本，應當并列為當前儲能行業發展的兩大當務之急。

1 鋰電池儲能電站興起的關鍵因素

1.1 清潔能源需求持續增加

在國家制定2030—2060的大目標下，碳中和與新型電力系統相輔相成，共同指向了發展可再生能源的緊迫性。儲能在這場氣候轉型大任務中的關鍵價值，也體現在相關的政策文件中。4月21日，國家發改委、國家能源局首次印發《關于加快推動新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）》，該文件對儲能建設運行要求、儲能備案并網流程、儲能技術標準及管理體系等提出了明確要求。

1.2 鋰電池價格的快速下降

鋰電池能量密度大，用于儲能系統可以顯著降低系統體積，但因價格昂貴一直得不到推廣。最近十多年，以特斯拉為代表的民用電動汽車行業呈爆發性增長，使得動力鋰電池價格連續十多年快速下降，十年內價格幾乎跌去9成。現在鋰電池的每瓦時成本只有0.4元，這使得大規模使用鋰電池存儲電能成為可能。

2 發生事故的原因分析

2.1 多起事故情況

通過對儲能行業公開信息進行搜集，自2017年以來，全球已發生32起與儲能電站相關的安全事故，主要是火災和爆炸事故。由于較多事故的原因復雜，很多相關事件都未公開披露。據不完全統計，這32起儲能電站起火、爆炸事故的地點分布為：澳大利亞1起、日本1起、比利時1起、美國2起、中國3起、韓國24起。

這32起儲能電站起火、爆炸事故有以下特點：1）采用三元鋰離子電池，在25起相關事故中，韓國占24起，這與韓國各大電池企業以生產三元鋰電池為主流產品有關；2）儲能電站起火、爆炸，大多發生在充電中或充電后休止中，有21起。

目前公開的儲能電站事故造成人員傷亡的還有1起，是2019年4月19日美國亞利桑那州的公共服務公用事業公司（APS）發生大規模電池儲能項目（三元鋰電池）爆炸，造成8名消防隊員受傷。

2.2 發生事故電站的基本情況

公開資料顯示，位于北京豐臺區大紅門集美家具城的這個儲能電站（磷酸鐵鋰電池）項目分為兩期：一期項目建設屋頂光伏1.4 MW，儲能12.7 MWh，充電車位24個，直流雙槍充電樁12套。二期擴建工程包括屋頂光伏1.73 MW，室外8 MWh儲能及35套充電樁，以及室內20 MWh儲能電池及相關直流控制及配電設備。該項目是北京城市中心最大規模的商業用戶側儲能電站、最大規模的社會公共大功率充電站、第一個萬度級光儲充電站、第一個用戶側新能源直流增量配電網，是北京市最大的光儲充示范項目工程。

本次涉事電站屬于“光儲充”一體電站，具有光伏發電、儲存電能、大功率充電三個作用。該項目2019年3月投入運營，項目一期日售電能力超過4萬度，相當于在城市中心建設完成全新的小型能效電廠。

2.3 儲能電站事故的原因分析

1．電力專家以鋰離子電池儲能方式為例進行分析，儲能電站的事故原因一般源于三個方面。

1）人的因素。儲能是個高電壓、高能量的系統，在集成、安裝、調試、運行等過程中，現場人員如果操作失誤或者現場處置不當，很容易出現安全問題。所以，對操作人員、施工人員有嚴格的安全意識要求與安全操作培訓。

2）儲能系統本身的因素。包括選型的電池是否通過相關安全標準、電池系統的健康狀態是否良好、高壓系統絕緣設計是否良好，也包括電池本身缺陷是否能被及時發現并得到處置。

3）儲能系統以外的因素。外界的電、熱干擾都會影響到儲能系統，因此，一般都對儲能系統的環境有相應要求，如避免環境溫度過高等。

2．引起儲能電站爆炸的原因。

電力專家研究表明，爆炸事故一般來自兩個方面：1）非儲能系統的其他來源，因為儲能電站除了儲能系統，還含有很多電氣設備和附屬設施，這是一類爆炸源；2）儲能系統本身，更具體的是指儲能電池，因為儲能電池在外界電、熱激源刺激下，會發生熱失控反應，釋放出大量高溫可燃的氣液混合物，遇到外部空氣中的氧氣，在條件合適的時候，就會發生爆炸。

當磷酸鐵鋰電池熱失控時，電解液中會析出很多易燃易爆氣體，如一氧化碳、氫氣、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，這些氣體與空氣混合形成爆炸性混合物，遇火源即會發生劇烈爆炸。

本次事故的具體原因還有待調查，但造成的人員傷亡及社會影響，想必會對儲能行業帶來不少負面沖擊。對于儲能行業自身來說，相比于未來可期的由規模化帶來的持續降本以及需要解決的技術性問題，消防安全問題是規模化發展中務必要重視解決的問題。

3 關注儲能電站的消防安全問題

作為一個能量、電力儲存系統，儲能的安全問題實際上是一個系統性的問題，其中既有電池及BMS（電池管理系統）相關的技術或者運行因素，同時也涉及到儲能電站的系統設計、集成及后期運營管理等方面。在解決儲能安全性問題方面，上述幾個維度缺一不可，這也給從事儲能業務的企業提出了新的挑戰。

3.1 關注鋰離子電池儲能電站

解決儲能安全性問題儼然已經成為行業發展的當務之急，是儲能行業當前面臨的一大挑戰。解決儲能安全性問題，不能僅僅針對某一個單一的環節，必須要從整個系統的角度進行考慮。電力專家指出，儲能電站的整體安全性包括電氣安全、火災安全、化學安全和機械安全等多項內容。不同儲能形式所對應的安全風險不同，例如，鋰離子電池儲能、鈉硫電池儲能以及氫儲能等方式就需要重點關注其火災爆炸危險。

鋰離子電池儲能電站是國內外布局數量最多的儲能電站，已發生的數起火災，造成人員傷亡或財產等重大損失，引發了業界對儲能電站火災安全問題的關注。儲能電站火災過程是一個從局部隱患演變成為故障事件的過程，而安全風險隱患及其演變存在于儲能電站的設備選型、系統集成、安裝調試、運行維護、設施報廢等全壽命周期過程中的任何一個環節。

3.2 加強對特定部位的防護

1）加強儲能系統的安全防護，阻止或減輕外部刺激源對電池本體的沖擊，主動抑制隱患的放大，阻止局部事故的蔓延，防止儲能系統局部故障演變為全局性火災；2）加強儲能電站的檢測預警能力，儲能電池的燃燒爆炸反應有突然性，但是觸發儲能電池燃燒爆炸的外部刺激源是有跡可循的；3）針對不同類型的儲能事故隱患，制定故障應急預案和消防處置措施，并嚴格遵守，首先保障在現場救援人員的生命安全。

電化學儲能電站的應用領域在迅速擴大，包括發電側、用電側的儲能場景越來越豐富，有火災爆炸風險的區域涉及到電池室、變電室（逆變器室）等多個部位，消防救援部門應與專業領域人員相聯合，共同研究解決有可能存在的涉及消防安全問題。

3.3 加強消防安全設施投入

對電池室的防火設計（自動報警系統、防火間距、耐火等級、防爆設計、排煙、防火墻等）要充分考慮火災、爆炸等情形，做到最大限度地控制災害程度。

對于設置的滅火設施（氣體滅火、水滅火）要充分考慮滅火和抑爆，特別是在當前沒有很適合的滅火劑的條件下，要做到既能滅火又能控制復燃（熱失控）。如果進行射水的操作，需要提供充足的水量，保證長時間的滅火需求。

4 結語

2021年，國內外電動汽車和儲能電站的安全問題引人關注。盡管在消防安全設計中以“絕對安全”為目標，但在實際中，消防系統仍處于邊緣地位。有些儲能企業為節省成本，仍然以犧牲安全為代價壓低成本。由于消防系統只屬于儲能電站的一個配套系統，往往無法按照要求建議甲方按相關技術配置消防設施。要真正落實儲能電站的監管，消防安全的監管就必須要加強，始終堅持“預防為主、防消結合”的原則。

隨著國內儲能項目建設的快速增長，消防安全問題將會日益突出。因此，必須客觀理性地看待已暴露出來的火災隱患，舉一反三，有的放矢地做好儲能項目的消防安全保障工作。