2017到2022年間，全球電化學儲能電站發生超70起安全事故，安全問題已成為制約行業發展的“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，磷酸鐵鋰儲能系統起火事故的比例在不斷增加。
2022年以來，國內新增投運新型儲能項目中百兆瓦級成為常態，甚至吉瓦級項目也有規劃，裝機量高速增長的同時，儲能產業正面臨前所未有的安全與消防壓力。
形勢嚴峻
在海外，韓國曾在2018年電化學儲能裝機規模躍居全球榜首，但2017.08~2019.05期間，韓國1000余座電化學儲能電站發生火災23起，每座年發生火災概率約達1.5%。LG化學公司、三星SDI公司和LS工業系統公司等儲能企業由于政府多次推遲公布火災原因而陷入經營危機，產業受到了致命的打擊。
美國近幾年電化學儲能電站火災頻繁發生，2022年4月亞利桑那州總容量10MW/40MWh儲能電站發生火災，持續悶燒5天無法滅火。2021年7月，澳大利亞最大儲能電站發生火災.....
在國內，2017年山西某火力發電廠儲能系統發生大火持續7小時(發電側);2018年8月，總投資約1.9億元的鎮江揚中某儲能電站的電池集裝箱起火并燒毀(電網側);2019年5月，北京某酒店的用戶側儲能項目發生火災;2021年4月，北京集美大紅門25MWh電站火災導致2名消防員犧牲，1名員工失聯，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.....
可以看到，消防安全問題已成為儲能規模化發展“掣肘”，只有解決安全問題，儲能產業才能走向健康發展。
據了解，火災多數發生在調試階段、充電中或充電后休止中，此時電池電壓高，活性大串并聯電池簇間形成環流，加上鋰離子電池熱失控過程中產生大量的氫氣、一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，除火災外，儲能電池熱失控還伴隨產氣及燃爆危害。
LFP電池隨著SOC(荷電狀態)的增加，熱失控H2、CH4、C2H4、CO的產量逐漸增加、CO2的產量減少。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，產氣成分差距不大。LFP電池在50% S0C時就已經產生很多可燃氣體。
本征時序決定最高溫度，小電芯正負極反應分開，熱失控最高溫度在400~500°C，大電芯傳熱效應疊加提高溫度，正極釋氧分解參與反應，熱失控最高溫度達700~900°C。針對320Ah LFP電池單體的側向加熱實驗顯示，電池內部溫度超過823.5°C時，超過磷酸鐵鋰正極分解溫度，產生大量可燃電解液蒸汽。
在儲能電站向大容量方向發展的同時，儲能安全與消防方面也將面臨更為嚴峻的考驗，行業呼喚“儲能級”、“核電級”安全標準。
新標準呼之欲出
儲能電站安全面臨的首要問題是標準規范嚴重滯后于產業發展。在儲能行業日新月異的今天，市場已經遠遠走在了政策的前面。
當下儲能電站的設計建設工作主要由國家強制標準《電化學儲能電站設計規范》(GB51048-2014)進行相關技術指標指導，該標準制定于2014年，當時把儲能電站當作建筑來看待。但眾所周知，儲能電站的火災與建筑火災的危害等級、防治措施等完全不同。
值得慶幸的是，產業界與學術界已經意識到制定儲能行業新標準的緊迫性。
對于儲能安全風險，《“十四五”國家安全生產規劃》中強調，要嚴密防控電化學儲能電站等新技術新產業新業態安全風險。《國家能源局綜合司關于加強電化學儲能電站安全管理的通知》中將項目法人列為安全運行責任主體，從規劃設計、設備選型、施工驗收、并網驗收、運行維護、應急消防處置能力提出安全管理要求。
2022年12月30日，《電化學儲能電站安全規程》發布，將于2023年7月1日起實施，該標準規定了電化學儲能電站設備設施安全技術要求運行、維護、檢修、試驗等方面的安全要求，涉及儲能電池、BMS、PCS監控、消防等各類設備的檢修規定。
2023年2月22日，國家標準化管理委員會、國家能源局發布《新型儲能標準體系建設指南》的通知，共出臺205項新型儲能標準。通知提到，2023年將制修訂100項以上新型儲能重點標準，加快制修訂設計規范、安全規程、施工及驗收等儲能電站標準，開展儲能電站安全標準、應急管理、消防等標準預研，盡快建立完善安全標準體系。
2023年3月17日，中國科學技術大學教授、歐盟科學院院士孫金華表示，“《電化學儲能電站設計規范》已修訂了很長時間，去年也反復多輪征求大家意見。最近，這個新規范將會發布。”
新技術百舸爭流
儲能電站事故頻發催生儲能消防需求，據預計，國內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。隨著新標準的出臺，業內對儲能電站的安全要求只會越來越嚴，重價不重質的企業將會被無情淘汰。
在此背景下，鋰電池本征安全提升、儲能場所安全風險評估、火災防控與滅火技術研發等成為業內研究熱點。
儲能電站火災安全面臨標準規范嚴重滯后于儲能產業的發展，電池故障隱患與熱失控精準預警技術缺乏，儲能電站的高效滅火技術尚不成熟，協同一體化安防技術與智能管理系統缺乏等問題。
較早期的儲能電站采用的滅火技術主要有七氟丙烷滅火系統、氣溶膠滅火系統、水系滅火系統等。近幾年，儲能電站火災安全技術在包括電池熱失控預警技術、全氟己酮滅火系統、液氮滅火抑爆技術、電池模組熱管理與熱失控阻隔耦合技術、浸沒式液冷熱/安全管理技術等方面取得了進展。
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，會造成系統短路誘發二次火災，電池整體報廢。
七氟丙烷滅火技術雖然滅火效果好，但對電池降溫效果差。電池溫度會再次升高從而發生二次復燃。此外，根據《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。
液氮滅火抑爆技術可在極端條件下快速響應滅火。實驗表明，液氮能夠在5S內撲滅電池模組火災，并在短時間內實現降溫，防止火災擴散。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濟性。
電池熱失控預警技術主要針對鋰離子電池熱失控預警問題，大量研究從電池溫度以及實時檢測電池產生的特征氣體(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、溫感探測器實現熱失控和火災預警，此外還配備攝像頭來輔助判斷安全狀況。不過，預警探測的及時性、準確率仍有待提升。
浸沒式液冷熱/安全管理技術可提高散熱效率，防止電池溫升提升系統安全性均衡電池溫度，延長壽命，但建設和運行維護成本、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噴頭。通過可燃氣體探測器、溫度傳感器結合電池管理系統識別電池的早期熱失控狀態，在單體電池熱失控后，通過電池模塊配置的滅火介質噴頭噴灑滅火介質，阻止火災的蔓延。
可以看到，在政策與技術以及大眾認知層面，儲能安全與消防取得了長足的進步，為儲能產業持續健康發展保駕護航。
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