引言

隨著(zhù)風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源在能源結構中所占比例的持續增長(cháng)，以及對間歇性和波動(dòng)性能源接入需求的增加，加之鋰電池成本的降低，鋰電池儲能電站正在新能源并網(wǎng)和電力系統輔助服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應用。然而，隨著(zhù)鋰電池儲能電站建設的推進(jìn)，國內外關(guān)于這些電站的火災事件逐漸增多，引起了公眾對鋰電池儲能電站消防安全的高度關(guān)注。因此，本文將對鋰電池儲能電站的火災風(fēng)險進(jìn)行深入分析，并探討研究相關(guān)的火災預防和應急處置策略。

1、鋰電池儲能電站概述

1.1 鋰電池儲能電站應用

鋰電池儲能電站因其高效率、靈活性和快速響應等優(yōu)勢，成為增強傳統電力系統靈活性、經(jīng)濟性和安全性的關(guān)鍵工具，符合能源革命的發(fā)展趨勢，并且其應用在全球范圍內不斷增長(cháng)。到2020年底，中國新型電力儲能裝機容量已達到3.288吉瓦，預計到2025年將增至3000萬(wàn)千瓦以上。投運的鋰電池儲能電站將整合到源網(wǎng)荷儲控制系統中，提供調峰、調頻、備用和應急響應服務(wù)，滿(mǎn)足電網(wǎng)對可再生能源接納和安全運行的需求，同時(shí)在提升能源利用效率和推動(dòng)綠色能源發(fā)展方面扮演重要角色。

1.2 鋰電池儲能電站組成

鋰電池單體串聯(lián)并聯(lián)形成電池模塊，再串聯(lián)成模塊電池箱，多個(gè)電池箱并聯(lián)后置于集裝箱內形成儲能電池艙。多個(gè)電池艙與PCS、SVG、總控等系統配套艙組合，構成鋰電池儲能電站。

2、鋰電池儲能電站的火災危險性

2.1 鋰電池單體的火災危險性

1）鋰電池的構造。

鋰電池通常由正極、隔膜、負極、有機電解液以及電池外殼構成，它們能夠適應多種應用場(chǎng)景，并呈現出不同的形狀與結構（如圖所示）。在鋰電池中，負極材料通常采用石墨。電解液的溶劑一般為碳酸酯類(lèi)，盡管添加劑可能有所差異。正極材料在鋰電池中差異顯著(zhù)，常見(jiàn)的有磷酸鐵鋰、錳酸鋰以及三元材料等。隔膜的主要功能是隔離正負極，防止電子通過(guò)，同時(shí)允許鋰離子自由穿梭。鋰電池的充放電過(guò)程依賴(lài)于鋰離子在正負極之間的遷移（如圖所示）。需要注意的是，鋰電池的電極材料、隔膜和電解液均為易燃物質(zhì)，其中隔膜的火災風(fēng)險尤為突出。

幾種形狀的鋰電池結構 鋰電池充放電原理圖

2）鋰電池火災危險性

鋰電池存儲大量能量，存在安全隱患，熱失控是其起火主因。熱失控通常由以下因素引起：內部短路，由于鋰枝晶穿透薄隔膜；過(guò)充過(guò)放電，導致電池溫度升高和電解液分解；化學(xué)反應放熱，電池電壓升高引發(fā)副反應；制造工藝缺陷，如電芯極耳過(guò)長(cháng)或隔膜微孔洞；使用過(guò)程中的缺陷，如電池性能不一致或受到物理?yè)p害。這些因素都可能引起鋰電池熱失控，最終導致起火或爆炸。

2.2 鋰電池儲能電站的火災危險性

1）鋰電池單體熱失控

鋰電池儲能電站因其復雜的串并聯(lián)配置、大規模和高功率運行而。但若單個(gè)鋰電池發(fā)生熱失控，會(huì )通過(guò)熱傳導和輻射影響鄰近電池，引發(fā)連鎖反應。由于電池間線(xiàn)路連接，火災蔓延風(fēng)險增加，可能引發(fā)整個(gè)電池艙火災并迅速擴散。

2）電氣故障

電氣故障是導致鋰電池儲能電站火災的主要因素，由于電站內除了鋰電池還有許多附屬電氣設備，這些設備若管理不當，可能導致火災。例如，意外的大電流或高電壓，如雷電和浪涌，可能侵入電站引發(fā)火災。這主要是因為電站內電氣設備集成度高，對大電流和高電壓的防護能力有限，同時(shí)電站內通信線(xiàn)路眾多，增加了這些危險因素侵入的途徑。

3）電池管理系統失效

電池管理系統(BMS)在鋰電池儲能電站中至關(guān)重要，負責實(shí)時(shí)監控電池狀態(tài)并管理充電放電過(guò)程，確保安全運行。若BMS維護不當，可能導致火災。例如，一起火災案例顯示，電站起火后3秒內BMS爆燃，導致電池端拉弧爆燃。檢查發(fā)現，長(cháng)期超溫導致電氣元件腐蝕、絕緣老化，無(wú)法滿(mǎn)足設計要求，影響了監測和保護功能。

4）施工維修過(guò)程不規范操作

鋰電池儲能電站由眾多鋰電池單體組成，具有高容量，短路時(shí)會(huì )產(chǎn)生大電流。不規范的施工檢修操作可能導致火災。例如，在一個(gè)建設周期短的鋰電池儲能電站項目中，由于施工人員長(cháng)時(shí)間工作導致操作失誤，功率線(xiàn)正負極接反，造成電池短路并引發(fā)火災。

3、鋰電池儲能電站的火災防范對策

1）提高鋰電池自身的安全防御

選用質(zhì)量可靠的鋰電池產(chǎn)品用于儲能電站，避免使用性能退化的退役電池。在電池模塊成組前，篩選單體電池以確保關(guān)鍵參數一致性。安裝先進(jìn)的電池管理系統(BMS)進(jìn)行數據采集和實(shí)時(shí)監控，確保電池效率和安全，同時(shí)維持電池工作在合適溫區并保持一致性。

2）加強儲能電站的建設、維護和管理

鋰電池儲能電站不得建于人員密集、高層、地下或易燃易爆區域。必須使用符合規格的設備和電氣線(xiàn)路，確保部件匹配，避免電氣故障。設計需考慮安全保護，滿(mǎn)足防火防爆標準。電池艙應有隔熱阻燃層，使用耐高溫材料，配備防爆排風(fēng)系統，保持適當防火間距，確保防火分隔和封堵措施。電站應具備消防設施。施工管理要嚴格，確保專(zhuān)業(yè)施工和連接部位牢固。運營(yíng)期間，需定期由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員檢查和維護設備，消除隱患，確保設備安全運行。

3）鋰電池儲能電站火災的盡早探測

火災發(fā)展分為四個(gè)階段：初起、發(fā)展、猛烈和熄滅。在初起階段，火勢未蔓延，自動(dòng)報警系統能及時(shí)探測火警并處置，減少損害。目前主要使用感煙和感溫探測器，但它們需等到煙霧和溫度充滿(mǎn)空間后才能預警。采用吸入式感煙探測器可提前報警。針對不同鋰電池燃燒產(chǎn)生的可燃氣體，增設特定氣體探測器有助于早期發(fā)現火情，防止火災蔓延。在每個(gè)電池箱內部安裝探測器，能更早發(fā)現故障并精確定位問(wèn)題電池箱。1870-02111-382

4）鋰電池儲能電站火災的快速抑制

鋰電池儲能站通常使用七氟丙烷自動(dòng)滅火系統，但該系統無(wú)法精準作用于熱失控電池箱內部，僅能撲滅明火。由于鋰電池燃燒不依賴(lài)氧氣，傳統滅火方法無(wú)效。持續冷卻對抑制內部化學(xué)反應至關(guān)重要，以防止復燃。水是有效的降溫滅火劑，但需注意防止觸電，滅火前應斷電。建議使用模塊級分布式細水霧滅火系統，實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)防護，及時(shí)抑制熱失控引發(fā)的火災。

4、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統

4.1 概述

安科瑞的Acrel-2000MG儲能能量管理系統專(zhuān)為工商業(yè)儲能電站設計，具備數據采集、處理、存儲、查詢(xún)分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理及歷史曲線(xiàn)等功能。策略管理支持多種控制策略，如計劃曲線(xiàn)、削峰填谷等。系統能統一監控管理各儲能單元，并與上級調度系統及云平臺進(jìn)行數據通訊，實(shí)現遠程監控與運維，確保儲能系統的安全、穩定、可靠和經(jīng)濟運行。

4.2 應用場(chǎng)景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

4.3 系統結構

4.4 系統功能

實(shí)時(shí)監管

實(shí)時(shí)監控微電網(wǎng)的運行至關(guān)重要，它涵蓋了市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁以及用電負荷等多個(gè)方面。此外，監控還應包括收益數據、天氣狀況以及節能減排的相關(guān)信息。

智能監控

實(shí)時(shí)監測系統環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器以及用電設備，以全面掌握微電網(wǎng)系統的運行狀況。

功率預測

對分布式發(fā)電系統執行短期和超短期的發(fā)電功率預測，同時(shí)呈現預測的合格率和誤差分析。

收益分析

用戶(hù)能夠檢視光伏、儲能以及充電樁三個(gè)領(lǐng)域的每日電量與收益數據，并且具備切換至年報模式以查看每月電量與收益的功能。

策略配置

主要涉及對微電網(wǎng)系統的構成、基礎參數、運行策略以及統計指標的設定。策略方面，它包括計劃曲線(xiàn)、峰谷調節、需量管理、新能源整合以及逆功率控制等關(guān)鍵要素。

4.5硬件及其配套產(chǎn)品

5、結語(yǔ)

隨著(zhù)鋰電池儲能電站的規?；瘧?，確保其消防安全已成為發(fā)展的首要任務(wù)。鋰電池制造商需加速技術(shù)革新，深入研究鋰電池的火災機理，并改進(jìn)生產(chǎn)工藝，以制造出更安全的電池產(chǎn)品。同時(shí)，設計和施工企業(yè)應構建具備高安全保護性能的鋰電池儲能電站，并確保電池安裝過(guò)程的安全性。運營(yíng)企業(yè)則應采用多種火災自動(dòng)報警探測器進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，以便盡早發(fā)現異常情況，降低火災風(fēng)險。此外，必須確保在火災發(fā)生時(shí)，通過(guò)熟練的預防措施和緊急情況下的有效處置，提高現場(chǎng)應急處理能力，防止火勢蔓延，將災害影響降至低。

參考文獻

[1]蔡旭.大型電池儲能PCS的現狀與發(fā)展[J].電器與能效管理技術(shù)，2016，62(14)：1~8

[2]高飛，楊凱，李大賀，劉浩，蘇濤，王麗娜.鋰離子電池組件燃燒性及危險性評價(jià)[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2015，25(8)：62~67

[3]朱江，張宏亮.鋰電池儲能系統火災危險性及防范措施[J].學(xué)院學(xué)報，2018，34(12)：43~45

[4]嚴 娟 .鋰電池儲能電站火災危險及對策研究

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版

[6]安科瑞Acrel2000ES儲能能量管理系統選型手冊.2024年04版

[7]安科瑞光儲充微電網(wǎng)系統解決方案.2024年04版