電化學儲能電站火災處置對策探究

摘要：當前，新型儲能系統在電網調峰調頻、提高電網運行效率、保障電力供應穩定等方面發揮的作用越來越明顯，特別是當前鋰電池成本的快速下降，以鋰電池技術為主的電化學儲能電站因布局靈活、響應迅速、能量密度高、對環境影響較小等優點，其裝機呈爆發式增長。現結合電化學儲能的特點，系統分析該類型電站的火災特點和危險性，并提出針對性處置對策。

關鍵詞：儲能系統；電化學；滅火救援

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）11-0052-03

1 電化學儲能電站發展的基本情況

1.1" 電化學儲能發展現狀

近年來，我國儲能產業的發展速度越來越快，在電網的發電側、輸配電側和負荷側起著削峰填谷、改善電能質量等重要作用。儲能技術在用戶側微電網中的應用越來越廣泛，是智能電網、可再生能源接入及電動汽車發展必不可少的核心技術，也是我國實現碳達峰、碳中和的重要技術手段。新型儲能系統具有響應速度較快、充放電靈活的特性，能很好地解決新能源應用帶來的各種新情況，同時，在電網的發電側、輸配電側和負荷側也擁有廣泛的應用場景；特別是以鋰離子電池為代表的電化學儲能技術，由于其具有高效節能、環保節能、靈活可控、安全可靠、可拓展性強等優點，已成為儲能領域裝機容量增長最快的儲能方式[1]。隨著鋰電池規模效應的逐漸顯現和電動汽車滲透率的提升，電化學儲能的成本快速降低，其在能源領域的作用也日益凸顯。結合《2024年中國新型儲能產業發展白皮書》報告[2]，截至2023年底，根據中關村儲能產業技術聯盟（CNESA）全球儲能項目庫的不完全統計，全球已投運的電力儲能項目累計裝機規模達到289.2GW，年增長率高達21.9%；新型儲能累計裝機規模呈現爆發式增長，是2022年同期的近兩倍，達到了91.3GW；其中，鋰離子電池的年增長率超過100%，表現驚人。我國已投運的相關電力儲能項目累計裝機規模為86.5GW，占全球儲能市場總規模的近三成，同比增長45%；新型儲能累計裝機規模達到34.5GW/74.5GWh時，在功率規模和能量規模上分別比2022年增長超過150%。其中以鋰電池為代表的新型電化學儲能占比進一步提高，從2022年的94%增長至2023年的97%，占據絕對地位。

1.2" 儲能系統的主要構成

電化學儲能系統一般包括四個主要部分，分別是電池組、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）、儲能逆變器（PCS），還包括相關的電氣設備。電池組在儲能系統的成本占比最高，是最主要的構成部分；電池管理系統（BMS）是電池組的“司令官”，是電池和用戶之間的紐帶，主要負責電池的監測、評估、保護以及均衡等。“好方案源于頂層設計，好系統出于EMS”，能量管理系統（EMS）負責整個儲能系統內信息的采集和監控工作，全方位了解系統的運行情況，保證系統安全。儲能逆變器（PCS）可以理解為一個超大號的充電器，但其與手機充電器的區別在于它是雙向的，可以控制儲能電池組的充電和放電，進行交流電與直流電之間的轉換。

1.3" 儲能電站安全事故統計

隨著電池儲能電站的不斷投運，其安全問題逐漸突顯；通過對2017年以來全球儲能項目中61起儲能火災事故的主要火災或爆炸事故的公開信息進行整理，發現采用三元鋰電池的儲能電站起火爆炸事故占78.1%；2017年以后建成的儲能電站起火爆炸事故占93.8%；儲能電站在充電中或充電后休止期間發生起火爆炸占65.6%。2021年以前，事故主要集中在韓國，多數由三元鋰電池引發，因此減緩了韓國儲能裝機進程，并使得三元電池逐漸退出了儲能市場。2021年以后，中國、美國、澳大利亞和歐洲地區等儲能發展迅速的地區均發生了多起嚴重事故，造成大量損失；例如，2024年5月15日，美國加利福尼亞州某儲能電站（鋰電池）發生火災；大火復燃兩次并持續燃燒了六天，該電站曾經是世界最大的鋰電儲能電站之一[3]。6月24日，韓國京畿道華城市某電池廠發生的火災共造成23人喪生，另有8人在事故中受傷，社會影響極大[4]。近年來，我國儲能行業也發生了多起火災，例如，2021年4月16日，北京市豐臺區某光儲充一體化項目發生火災爆炸，事故造成1人遇難、2名消防隊員犧牲、1名消防員受傷，損失嚴重[5]。

2 電化學儲能電站火災風險

2.1" 高壓觸電風險

能量密度大、高壓易觸電；儲能電站電池數量多、模塊（簇）組數多，變流器的電流電壓高、容量大，一旦發生故障，易發生鏈式反應，能量一次性集中釋放，導致儲能系統劇烈燃燒、爆炸失控；撬裝式儲能電柜通常電壓可達數千伏特，處置過程中人員觸電危險非常高。

2.2" 易復燃，撲救難度大

電化學儲能電站的密閉空間存儲大量的能量，而“熱失控”是導致電化學電池安全問題的根本原因；電化學儲能的電池發生火災后，現有的處置策略通常是物理稀釋隔絕氧氣或者切斷燃燒鏈的方法；這樣只能撲滅表面的明火，無法從本質上抑制火災發生，熱失控反應會繼續進行，火災往往會出現復燃，因此，采用傳統的方式徹底撲滅電化學儲能電站的火災，難度非常大。

2.3" 蔓延迅速，燃燒猛烈

電化學儲能系統主要以集裝箱為代表的預制倉式儲能系統為主，不僅包括傳統的變壓器火災、電纜火災等，還包括電池火災；特別是一定規模數量的電池燃燒時，火勢特別激烈，蔓延速度極快，尤其是活潑金屬鋰與水發生猛烈反應后，產生的氫氣和可燃有毒氣體使燃燒更加劇烈，甚至呈現噴射式燃燒。

2.4" 中毒風險

電池燃燒會產生有毒煙氣以及溶析產生晶體；煙氣主要包括氯化氫、氟化氫等有毒氣體，以及氫氣、甲烷等可燃氣體。這些有毒氣體不僅會對眼和呼吸道黏膜產生強烈的刺激，還會引起現場作業人員的呼吸道炎癥、肺水腫、潰瘍等健康問題。

3 電化學儲能電站火災處置難點

3.1" 不易靠近，強攻近戰難

步入式電池預制艙內部結構復雜，空間狹窄有限，作業人員難以快速抵近實施應急操作；現場從單模組熱失控發展到電池簇火災用時較短，消防救援人員難以抵近作戰。

3.2" 不易偵查，信息核查難

目前缺少歸口管理部門，特別是服務于工礦、商業、民用的用戶側儲能電站底數不清，類型不明，大多處于無人值守狀態；發生火災后，消防救援人員無法快速獲取作戰信息，現場缺少專業技術人員指導，使用方對特性了解不全面，影響滅火救援工作效率[6]。

3.3" 不易降荷，安全防護難

由于儲能電池自身具有蓄放電功能，熱失控狀態下可自發熱并持續燃燒，導致火災現場能量密度高、火勢強度大、毒害煙氣濃，熱值釋放時間長，滅火救援人員既要開展稀釋冷卻降壓，又要持續做好防爆防毒保護，現場作戰防護等級要求極高。

4 電化學儲能電站火災處置對策

4.1" 加強調研熟悉，制定應急預案

對轄區內所有儲能電站進行調研排摸，特別是電化學儲能電站的類型、容量；要詳細了解儲能電站消防裝置配置及附近通道、人流、水源等情況，制定滅火救援應急預案。

發生事故后，儲能電站要第一時間啟動應急預案，根據等級切斷電源、關閉通風系統、開啟固定消防設施、進行先期處置等工作，為消防力量到場后處置提供有利時機。

啟動消防應急處置預案，包括一次性調派足夠力量和相應車輛裝備器材（機器人、保障車等）和社會聯動力量（電力、廠家技術人員等），做好長時間作戰的準備。

4.2" 迅速偵查，掌握現場情況

對于電化學儲能系統的內部結構復雜，輸變設備設施多，發生火災后會產生大量有毒有害煙霧[7]。因此，當消防初戰力量到場后不能盲目進入內部，需要立即與站內工作人員取得聯系，詳細了解事故部位、內部情況、火勢蔓延情況以及單位預案啟動情況。另外盡可能進入消防控制室通過監控查看現場情況，為初戰以及增援力量的處置創造有利條件，根據獲得的信息及數據，分析研判可能存在的各種危險性，并制定最佳處置方案。

4.3" 因情施策，合理選擇戰術

4.3.1" 電氣火災

若發生火災的區域為電氣部分，且電池組未出現明火，應首先使用固定設施滅火，充分利用二氧化碳、超細水霧、七氟丙烷等固定滅火裝置撲救電氣設備火災。當無法啟動固定滅火裝置時，要在單位專業技術人員配合下切斷局部或全部電源，然后進行滅火戰斗；切斷電源后，應根據電氣設備使用的絕緣材料種類選擇合適的滅火劑進行滅火[8]。變壓器、油斷路等充電設備發生火災時，若油箱沒有破損，可用干粉、二氧化碳滅火劑進行撲救，若油箱破裂起火，大量油品流出，可用噴霧水或泡沫撲救。

電纜線路發生燃燒，燃燒物質一般為電線、塑料、橡膠等，切斷電源后與一般可燃物質火災處置策略類似；特別注意的是，對于電容器、自動開關，切斷電源后，仍可能有較高的殘留電壓，需要在技術人員指導下進一步采取放電措施才能處置。

大型變電設備火災，此類設備在高溫狀態遇急冷或冷熱不均時，其瓷質絕緣套管容易爆裂，造成絕緣油流散，該類火災應采用噴霧水滅火，注意對設備均勻冷卻。救援人員在火場緊急狀況、生產的連續性需要以及其他原因無法切斷電源的情況下，指戰員需要在做好個人防護（佩戴絕緣裝具）和保持安全距離的基礎上實施帶電滅火。

4.3.2" 電池預制艙火災

電化學儲能系統以預制艙式儲能系統最為常見，而鋰電池預制艙內容納的單元較多，任一電池部分發生火災事故都可能引起臨近電池燃燒甚至爆炸；預制艙內電池發生熱失控時，應立即疏散艙內人員，切斷主回路電源，關閉并遠離艙門，疏散周圍人員。

初期階段。針對密閉空間鋰電池預制艙內的初期火災，首先考慮不破壞電池預制艙內密閉環境前提下，優先使用七氟丙烷、全氟己酮等自動滅火系統來抑制火勢。研究表明，七氟丙烷、全氟己酮等滅火劑對撲救初期電化學火災效果較好，但不能阻止復燃。

發展階段。若初期火災控制不及時，會波及毗鄰的電池組。此時，從外部難以看到明顯的燃燒跡象，表明現場沒有泄壓，應該充分考慮鋰電池熱失控，此時發生爆炸的風險極高。偵查及內攻人員要迅速撤離至安全區域，充分評估可能發生爆炸的可能性，盡可能使用固定消防設施或遠程操控機器狗、無人機、熱成像儀進行偵查，充分利用消防機器人、移水炮、車載炮等裝備，遠程對著火的鋰離子電池預制艙進行出水冷卻，人員選擇站位時應避開門、窗、孔洞等泄壓口。若電池預制艙未設置預留接口，應尋找好掩體，再遠程破拆泄壓口，火焰冒出一定時間后，在冷卻的同時利用泄壓口噴射大量的水進行淹沒式降溫滅火，待充分降溫后，使用熱成像儀、多功能氣體探測儀檢測預制艙的溫度和可燃氣體濃度，查看其是否具備復燃的條件，若超過臨界條件，則要持續用水降溫，防止其復燃。

5 結束語

消防救援人員應積極對接廠家和相關技術人員收集電池火災發生前的煙氣、電池表面溫度變化、電壓、電流波動等重要參數，采用5G及大數據模型，找出電池火災的關聯特征變量，完善和提升消防設備預警系統，聯系廠家、轄區相關單位，制定儲能電站多種力量聯動應急機制。

參考文獻

[1]李首頂，李艷，田杰，等.鋰離子電池電力儲能系統消防安全現狀分析[J].儲能科學與技術，2020，9（5）：1505-1516.

[2]中國化學與物理電源行業協會.2024年中國新型儲能產業發展白皮書[R].

[3]中國儲能網.美國Otay Mesa Gateway 鋰電池儲能電站發生火災[EB/OL].https：//www.escn.com.cn/20240522/7340a592053d4957803906866d35bfa0/c.html

[4]光明網.韓國電池廠火災事故調查結果公布[EB/OL].https：//m.gmw.cn/2024-08/23/content_1303829412.htm

[5]北京市應急管理局.豐臺區“4·16”較大火災事故調查報告[EB/OL].https：//yjglj.beijing.gov.cn/attach/0/%E4%B8%B0%E5%8F%B0%E5%8C%BA%E2%80%9C4%C2%B716%E2%80%9D%E8%BE%83%E5%A4%A7%E7%81%AB%E7%81%BE%E4%BA%8B%E6%95%85%E8%B0%83%E6%9F%A5%E6%8A%A5%E5%91%8A.pdf

[6]徐國棟，王堅嶸，石一峰，等.電池儲能電站安全問題分析與對策[J].儲能技術，2020，22（9）：60-63.

[7]胡玉霞，趙光金.鋰離子電池在儲能中的應用及安全問題分析[J].電源技術，2021，45（1）：119-122.

[8]陳智明，王曉君.受限空間內鋰電池火災撲救的試驗研究[J].今日消防，2021，6（7）：4-8.