储能电站的消防安全

■ 陈 杨

（浙江浙能电力股份有限公司生产安全部，浙江 杭州 310063）

通过对近期发生的储能电站火灾事故，围绕火灾、爆炸等关键环节，对储能电站的火灾危险性进行分析，为火灾的预防与事故后期的处理提供依据。

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0 引言

2021年4月16日12时17分，北京市119消防指挥中心接到报警，丰台区南四环永外大红门西马厂甲14号院内储能电站起火，于是，紧急调派15个消防站47辆消防车、235名救援人员到场处置。14时15分许，在对电站南区进行处置过程中，电站北区在毫无征兆的情况下突然发生爆炸，导致2名消防员牺牲、1名消防员受伤（伤情稳定），电站内的1名员工失联。

这起事故再一次把电化学储能的安全性提上了行业“热搜”。此后，有多个涉及储能电站被要求暂停运行并进行整改，要求对储能安全性问题引起足够重视：确保安全与降低成本，应当并列为当前储能行业发展的两大当务之急。

1 锂电池储能电站兴起的关键因素

1.1 清洁能源需求持续增加

在国家制定2030—2060的大目标下，碳中和与新型电力系统相辅相成，共同指向了发展可再生能源的紧迫性。储能在这场气候转型大任务中的关键价值，也体现在相关的政策文件中。4月21日，国家发改委、国家能源局首次印发《关于加快推动新型储能发展的指导意见（征求意见稿）》，该文件对储能建设运行要求、储能备案并网流程、储能技术标准及管理体系等提出了明确要求。

1.2 锂电池价格的快速下降

锂电池能量密度大，用于储能系统可以显著降低系统体积，但因价格昂贵一直得不到推广。最近十多年，以特斯拉为代表的民用电动汽车行业呈爆发性增长，使得动力锂电池价格连续十多年快速下降，十年内价格几乎跌去9成。现在锂电池的每瓦时成本只有0.4元，这使得大规模使用锂电池存储电能成为可能。

2 发生事故的原因分析

2.1 多起事故情况

通过对储能行业公开信息进行搜集，自2017年以来，全球已发生32起与储能电站相关的安全事故，主要是火灾和爆炸事故。由于较多事故的原因复杂，很多相关事件都未公开披露。据不完全统计，这32起储能电站起火、爆炸事故的地点分布为：澳大利亚1起、日本1起、比利时1起、美国2起、中国3起、韩国24起。

这32起储能电站起火、爆炸事故有以下特点：1）采用三元锂离子电池，在25起相关事故中，韩国占24起，这与韩国各大电池企业以生产三元锂电池为主流产品有关；2）储能电站起火、爆炸，大多发生在充电中或充电后休止中，有21起。

目前公开的储能电站事故造成人员伤亡的还有1起，是2019年4月19日美国亚利桑那州的公共服务公用事业公司（APS）发生大规模电池储能项目（三元锂电池）爆炸，造成8名消防队员受伤。

2.2 发生事故电站的基本情况

公开资料显示，位于北京丰台区大红门集美家具城的这个储能电站（磷酸铁锂电池）项目分为两期：一期项目建设屋顶光伏1.4 MW，储能12.7 MWh，充电车位24个，直流双枪充电桩12套。二期扩建工程包括屋顶光伏1.73 MW，室外8 MWh储能及35套充电桩，以及室内20 MWh储能电池及相关直流控制及配电设备。该项目是北京城市中心最大规模的商业用户侧储能电站、最大规模的社会公共大功率充电站、第一个万度级光储充电站、第一个用户侧新能源直流增量配电网，是北京市最大的光储充示范项目工程。

本次涉事电站属于“光储充”一体电站，具有光伏发电、储存电能、大功率充电三个作用。该项目2019年3月投入运营，项目一期日售电能力超过4万度，相当于在城市中心建设完成全新的小型能效电厂。

2.3 储能电站事故的原因分析

1．电力专家以锂离子电池储能方式为例进行分析，储能电站的事故原因一般源于三个方面。

1）人的因素。储能是个高电压、高能量的系统，在集成、安装、调试、运行等过程中，现场人员如果操作失误或者现场处置不当，很容易出现安全问题。所以，对操作人员、施工人员有严格的安全意识要求与安全操作培训。

2）储能系统本身的因素。包括选型的电池是否通过相关安全标准、电池系统的健康状态是否良好、高压系统绝缘设计是否良好，也包括电池本身缺陷是否能被及时发现并得到处置。

3）储能系统以外的因素。外界的电、热干扰都会影响到储能系统，因此，一般都对储能系统的环境有相应要求，如避免环境温度过高等。

2．引起储能电站爆炸的原因。

电力专家研究表明，爆炸事故一般来自两个方面：1）非储能系统的其他来源，因为储能电站除了储能系统，还含有很多电气设备和附属设施，这是一类爆炸源；2）储能系统本身，更具体的是指储能电池，因为储能电池在外界电、热激源刺激下，会发生热失控反应，释放出大量高温可燃的气液混合物，遇到外部空气中的氧气，在条件合适的时候，就会发生爆炸。

当磷酸铁锂电池热失控时，电解液中会析出很多易燃易爆气体，如一氧化碳、氢气、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，这些气体与空气混合形成爆炸性混合物，遇火源即会发生剧烈爆炸。

本次事故的具体原因还有待调查，但造成的人员伤亡及社会影响，想必会对储能行业带来不少负面冲击。对于储能行业自身来说，相比于未来可期的由规模化带来的持续降本以及需要解决的技术性问题，消防安全问题是规模化发展中务必要重视解决的问题。

3 关注储能电站的消防安全问题

作为一个能量、电力储存系统，储能的安全问题实际上是一个系统性的问题，其中既有电池及BMS（电池管理系统）相关的技术或者运行因素，同时也涉及到储能电站的系统设计、集成及后期运营管理等方面。在解决储能安全性问题方面，上述几个维度缺一不可，这也给从事储能业务的企业提出了新的挑战。

3.1 关注锂离子电池储能电站

解决储能安全性问题俨然已经成为行业发展的当务之急，是储能行业当前面临的一大挑战。解决储能安全性问题，不能仅仅针对某一个单一的环节，必须要从整个系统的角度进行考虑。电力专家指出，储能电站的整体安全性包括电气安全、火灾安全、化学安全和机械安全等多项内容。不同储能形式所对应的安全风险不同，例如，锂离子电池储能、钠硫电池储能以及氢储能等方式就需要重点关注其火灾爆炸危险。

锂离子电池储能电站是国内外布局数量最多的储能电站，已发生的数起火灾，造成人员伤亡或财产等重大损失，引发了业界对储能电站火灾安全问题的关注。储能电站火灾过程是一个从局部隐患演变成为故障事件的过程，而安全风险隐患及其演变存在于储能电站的设备选型、系统集成、安装调试、运行维护、设施报废等全寿命周期过程中的任何一个环节。

3.2 加强对特定部位的防护

1）加强储能系统的安全防护，阻止或减轻外部刺激源对电池本体的冲击，主动抑制隐患的放大，阻止局部事故的蔓延，防止储能系统局部故障演变为全局性火灾；2）加强储能电站的检测预警能力，储能电池的燃烧爆炸反应有突然性，但是触发储能电池燃烧爆炸的外部刺激源是有迹可循的；3）针对不同类型的储能事故隐患，制定故障应急预案和消防处置措施，并严格遵守，首先保障在现场救援人员的生命安全。

电化学储能电站的应用领域在迅速扩大，包括发电侧、用电侧的储能场景越来越丰富，有火灾爆炸风险的区域涉及到电池室、变电室（逆变器室）等多个部位，消防救援部门应与专业领域人员相联合，共同研究解决有可能存在的涉及消防安全问题。

3.3 加强消防安全设施投入

对电池室的防火设计（自动报警系统、防火间距、耐火等级、防爆设计、排烟、防火墙等）要充分考虑火灾、爆炸等情形，做到最大限度地控制灾害程度。

对于设置的灭火设施（气体灭火、水灭火）要充分考虑灭火和抑爆，特别是在当前没有很适合的灭火剂的条件下，要做到既能灭火又能控制复燃（热失控）。如果进行射水的操作，需要提供充足的水量，保证长时间的灭火需求。

4 结语

2021年，国内外电动汽车和储能电站的安全问题引人关注。尽管在消防安全设计中以“绝对安全”为目标，但在实际中，消防系统仍处于边缘地位。有些储能企业为节省成本，仍然以牺牲安全为代价压低成本。由于消防系统只属于储能电站的一个配套系统，往往无法按照要求建议甲方按相关技术配置消防设施。要真正落实储能电站的监管，消防安全的监管就必须要加强，始终坚持“预防为主、防消结合”的原则。

随着国内储能项目建设的快速增长，消防安全问题将会日益突出。因此，必须客观理性地看待已暴露出来的火灾隐患，举一反三，有的放矢地做好储能项目的消防安全保障工作。