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(chǎn)安全部，浙江 杭州 310063）

通過對近期發(fā)生的儲能電站火災(zāi)事故，圍繞火災(zāi)、爆炸等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對儲能電站的火災(zāi)危險性進行分析，為火災(zāi)的預(yù)防與事故后期的處理提供依據(jù)。

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(qū)南四環(huán)永外大紅門西馬廠甲14號院內(nèi)儲能電站起火，于是，緊急調(diào)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(qū)進行處置過程中，電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突然發(fā)生爆炸，導(dǎo)致2名消防員犧牲、1名消防員受傷（傷情穩(wěn)定），電站內(nèi)的1名員工失聯(lián)。

這起事故再一次把電化學(xué)儲能的安全性提上了行業(yè)“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(yīng)當并列為當前儲能行業(yè)發(fā)展的兩大當務(wù)之急。

1 鋰電池儲能電站興起的關(guān)鍵因素

1.1 清潔能源需求持續(xù)增加

在國家制定2030—2060的大目標下，碳中和與新型電力系統(tǒng)相輔相成，共同指向了發(fā)展可再生能源的緊迫性。儲能在這場氣候轉(zhuǎn)型大任務(wù)中的關(guān)鍵價值，也體現(xiàn)在相關(guān)的政策文件中。4月21日，國家發(fā)改委、國家能源局首次印發(fā)《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，該文件對儲能建設(shè)運行要求、儲能備案并網(wǎng)流程、儲能技術(shù)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(tǒng)可以顯著降低系統(tǒng)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(yè)呈爆發(fā)性增長，使得動力鋰電池價格連續(xù)十多年快速下降，十年內(nèi)價格幾乎跌去9成?，F(xiàn)在鋰電池的每瓦時成本只有0.4元，這使得大規(guī)模使用鋰電池存儲電能成為可能。

2 發(fā)生事故的原因分析

2.1 多起事故情況

通過對儲能行業(yè)公開信息進行搜集，自2017年以來，全球已發(fā)生32起與儲能電站相關(guān)的安全事故，主要是火災(zāi)和爆炸事故。由于較多事故的原因復(fù)雜，很多相關(guān)事件都未公開披露。據(jù)不完全統(tǒng)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(guān)事故中，韓國占24起，這與韓國各大電池企業(yè)以生產(chǎn)三元鋰電池為主流產(chǎn)品有關(guān)；2）儲能電站起火、爆炸，大多發(fā)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(wù)公用事業(yè)公司（APS）發(fā)生大規(guī)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(fā)生事故電站的基本情況

公開資料顯示，位于北京豐臺區(qū)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(shè)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(nèi)20 MWh儲能電池及相關(guān)直流控制及配電設(shè)備。該項目是北京城市中心最大規(guī)模的商業(yè)用戶側(cè)儲能電站、最大規(guī)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(cè)新能源直流增量配電網(wǎng)，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(fā)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(shè)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(tǒng)，在集成、安裝、調(diào)試、運行等過程中，現(xiàn)場人員如果操作失誤或者現(xiàn)場處置不當，很容易出現(xiàn)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(xùn)。

2）儲能系統(tǒng)本身的因素。包括選型的電池是否通過相關(guān)安全標準、電池系統(tǒng)的健康狀態(tài)是否良好、高壓系統(tǒng)絕緣設(shè)計是否良好，也包括電池本身缺陷是否能被及時發(fā)現(xiàn)并得到處置。

3）儲能系統(tǒng)以外的因素。外界的電、熱干擾都會影響到儲能系統(tǒng)，因此，一般都對儲能系統(tǒng)的環(huán)境有相應(yīng)要求，如避免環(huán)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(tǒng)的其他來源，因為儲能電站除了儲能系統(tǒng)，還含有很多電氣設(shè)備和附屬設(shè)施，這是一類爆炸源；2）儲能系統(tǒng)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(fā)生熱失控反應(yīng)，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(fā)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(fā)生劇烈爆炸。

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

3 關(guān)注儲能電站的消防安全問題

作為一個能量、電力儲存系統(tǒng)，儲能的安全問題實際上是一個系統(tǒng)性的問題，其中既有電池及BMS（電池管理系統(tǒng)）相關(guān)的技術(shù)或者運行因素，同時也涉及到儲能電站的系統(tǒng)設(shè)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(yè)務(wù)的企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。

3.1 關(guān)注鋰離子電池儲能電站

解決儲能安全性問題儼然已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的當務(wù)之急，是儲能行業(yè)當前面臨的一大挑戰(zhàn)。解決儲能安全性問題，不能僅僅針對某一個單一的環(huán)節(jié)，必須要從整個系統(tǒng)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(zāi)安全、化學(xué)安全和機械安全等多項內(nèi)容。不同儲能形式所對應(yīng)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(guān)注其火災(zāi)爆炸危險。

鋰離子電池儲能電站是國內(nèi)外布局數(shù)量最多的儲能電站，已發(fā)生的數(shù)起火災(zāi)，造成人員傷亡或財產(chǎn)等重大損失，引發(fā)了業(yè)界對儲能電站火災(zāi)安全問題的關(guān)注。儲能電站火災(zāi)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(shè)備選型、系統(tǒng)集成、安裝調(diào)試、運行維護、設(shè)施報廢等全壽命周期過程中的任何一個環(huán)節(jié)。

3.2 加強對特定部位的防護

1）加強儲能系統(tǒng)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(tǒng)局部故障演變?yōu)槿中曰馂?zāi)；2）加強儲能電站的檢測預(yù)警能力，儲能電池的燃燒爆炸反應(yīng)有突然性，但是觸發(fā)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(yīng)急預(yù)案和消防處置措施，并嚴格遵守，首先保障在現(xiàn)場救援人員的生命安全。

電化學(xué)儲能電站的應(yīng)用領(lǐng)域在迅速擴大，包括發(fā)電側(cè)、用電側(cè)的儲能場景越來越豐富，有火災(zāi)爆炸風險的區(qū)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(yīng)與專業(yè)領(lǐng)域人員相聯(lián)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(shè)施投入

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

對于設(shè)置的滅火設(shè)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(fù)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(jié)語

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

隨著國內(nèi)儲能項目建設(shè)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(zāi)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。