國內儲能電池的安全防護

• 陳博 2023年10月30日 來源：中研網 238 7
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合理設計多級消防聯動方案是儲能電站安全的重要保障。通過多層次預警系統、自動滅火裝置和聯動控制系統的協調配合，能夠快速響應火災威脅并自動啟動滅火程序。必要時，還可將告警上報給相關管理部門，專業的消防團隊和應急響應隊伍使用煙感、可燃氣體檢測等火災識別技術

我國工商業儲能項目蓬勃發展，新增裝機規模達6.9GW/15.3GWh，首次突破6GW功率和15GWh能量。電化學儲能因高效率、快速響應和短周期等優勢，成為近年最快發展的領域。

然而，盡管儲能建設蓬勃發展，但儲能安全事故屢屢發生。根據不完全統計，2012-2022年間全球共發生數十起儲能電站安全事件。其中，2021年4月在北京豐臺大紅門儲能電站發生的安全事故導致直接財產損失達1660萬元，并造成兩名消防員不幸喪生。

儲能安全問題的廣泛影響和嚴重程度不可忽視。儲能安全不僅對人民群眾的生命財產安全造成無法預測的傷害，還對儲能產業的發展產生嚴重阻礙，帶來技術風險、市場評估風險和社會接受度風險。

對于以儲能建設運營方為代表的各方投資者而言，在追求發展的同時，應更加關注儲能安全問題！各方應共同努力，協同建設更安全的儲能系統，為儲能產業的可持續健康發展創造更有利的條件。

由于儲能建設涉及多個相關方，因此本文將從儲能建設運營方的角度出發，探討儲能系統的安全防線可以從哪些方面構建。

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一、電池預警技術

對于電池預警的技術要求，主要包括能夠判斷電池異常狀態，并根據電池異常狀態的嚴重性進行分級報警，同時，要減少誤報。

根據鋰離子電池燃燒爆炸過程及現象分析，建立了涵蓋易燃性、釋熱性、煙氣毒性的綜合評估指標體系，系統反映電池火災造成的可能安全風險，制定了電池危險等級分級表，進行以溫感、煙感和火感相結合的火災報警策略。

磷酸鐵鋰電池發生火災時可分為早期階段、可見煙階段、火焰階段和高熱階段。溫控失效情況通常持續一段時間后，電池模組達到一定溫度，才會發生電池冒煙現象，中間間隔溫升累積時間較長（數小時、半天或更長）。儲能電站多采用少人運維、無人運維運行方式，對儲能電池異常狀態難以及時發現。為此，在儲能電站安全設計中加入儲能電池熱失控預警模塊，可有效提升少人、無人值守儲能電站的安全性。熱失控預警模塊通過傳感器將電池管理系統實時監測到的電壓、電流、溫度等參考量逐步上傳，并通過上級管理單元進行匯總、評估和仲裁；針對磷酸鐵鋰電池的燃燒屬性，采取氣體傳感器檢測可燃氣體（氫氣、甲烷、一氧化碳等）、煙霧等參數，在事故可見煙階段進行預防檢測。當電池溫度超過溫度閾值，或者檢測到可燃性氣體、煙氣時，上級管理單元將通過電池能量管理系統發出指令使系統停機，杜絕熱失控發生

二、電池安全防護技術

對于電池安全防護的技術要求，主要包括抑制故障電池對被動電池的熱沖擊，并引導電池燃燒爆炸釋放能量快速排出，降低電池燃燒爆炸對模塊機械結構的物理沖擊。

采用阻燃隔熱材料，以EPDM為主體,加入功能添加劑，提高隔熱性能。基于此隔熱材料，進行了電池組結構設計，因為加入阻燃隔熱材料，會對電池組的散熱造成影響。因此，如何平衡隔熱和散熱之間的關系是非常重要的。

三、電池消防安全技術

對于電池消防安全技術主要是要開發電池火災專用滅火技術，要研發具備良好吸熱特性和絕緣性能的電池火災專用滅火介質，開發與電池火災特性匹配的滅火技術，滅火技術必須具有良好的滅火效果，快速滅火，長時間（24h）抑制復燃，減少對其它未起火電池和電氣設備的損害，減少經濟損失，同時，滅火劑要成本低，無二次污染，環境友好。

目前所采用的滅火技術主要是針對電池火災發生初期撲滅火災的措施。如果火災擴大到大規模爆炸燃燒時，必須及時采取外部消防措施，因此，儲能電站及儲能集裝箱應該設計預留外部消防進水通道。

在儲能系統運行期間，如果系統的熱管理失效或發生其他無法自主修復的嚴重故障，PCS停機是最后的應對措施。PCS停機后，需要進行人工排查與修復，這是阻止明火爆炸的最后一道防線。為了確保PCS停機命令的可靠執行，需要進行多重冗余設計。例如，可以采用EMS通信命令、BMS干接點動作、總直流斷路器直接脫扣等方式來下達停機命令，以最大程度地保證命令的執行可靠性，從而保證系統的安全運行。

合理設計多級消防聯動方案是儲能電站安全的重要保障。通過多層次預警系統、自動滅火裝置和聯動控制系統的協調配合，能夠快速響應火災威脅并自動啟動滅火程序。必要時，還可將告警上報給相關管理部門，專業的消防團隊和應急響應隊伍使用煙感、可燃氣體檢測等火災識別技術進行干預，同時采用隔離設計和自啟動消防設施來阻止火勢的擴散。另外，為了應對可能發生的事故或異常情況，相關建設方需要加強維護巡檢工作，并制定詳細的日常巡檢清單和應急處置流程。一旦發生儲能設備事故或異常告警，業務運維人員應及時上報給主管，并采取相應的應對措施。

（1）儲能設備的安全巡檢是確保其正常運行和安全性能的重要環節。通過對電池監測、冷卻系統、電氣設備、消防系統、環境監測、防護系統、通風系統和消防設備等一系列設備和系統進行定期巡檢，可以及時處理儲能設備的異常情況。同時，巡檢工作的記錄可以為后續的運維工作提供參考和數據支持，有助于優化設備的維護和管理策略。當發現系統的健康狀態較差時，應主動申請人工維護，以確保儲能系統的健康運營。

（2）應急處置通過制定詳細的應急處置流程和角色分工，可以在儲能設備發生事故或異常情況時快速、有效地采取應對措施，最大限度地減少安全風險和設備損害，確保儲能系統的穩定運行。同時，記錄和總結應急處置過程也有助于后續事故分析和完善預防措施。

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