近年来，随着能源危机和技术水平的进步，越来越多的新能源开始接入电力系统。根据《国家发展改革委国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》（发改能源规[2021]1051号），到2025年，新型储能装机规模将达3000万千瓦以上。从属于新能源行业的电化学储能，也顺势进入爆发期。



然而，被各类资本青睐的电化学储能，在经历了野蛮增长期后，迎来了一些不得不面对的难题：以锂电池为主的电化学储能站火灾事故频发，危害着人们的生命安全，造成严重的经济损失和人员伤亡。

电化学储能想要进一步发展，就必须减少或避免电化学储能站的火灾事故。想要提高电化学储能站的火灾防护能力，就得从电化学储能站火灾原因开始思考。


火灾因素

引发电化学储能站火灾的因素可分为两类：不合规因素和电池质量因素

不合规因素

不合规因素是指电化学储能站在设计或运行过程中存在的不符合规范的行为或环境因素。包括：过充滥用、运行环境不规范、管理系统或操作步骤存在缺陷、主动预警分析能力的不足。

这些操作误差和环境因素都会成为电化学储能站的安全隐患，最终诱发电化学储能站火灾。

电池质量因素

为了获得更高的劳动生产率和经济效益，大部分生产商采用分工协作的工业化生产模式，电化学储能站同样如此。无需自己设计建构电池生产线，只需通过购置电池就可轻易搭建电化学储能站。


这种模式虽然节省了成本，但也埋下了隐患：没法精准把控电池质量，也没法避免电池质量问题引发的火灾。


火灾难点

在电化学储能站火灾中，电池安全是电化学储能站火灾事故占比最高的原因。

不同于其它类型的火灾处理，电化学储能站电池热过载引发的物理和化学特性，使得其成为电化学储能站火灾防控难以攻克的”钉子户”。


升温快温度高

为了更高的转化率，电化学储能站会优先选择具有高能量密度材料的储能电池，这些储能电池在反应运行时会产生热量。正常情况下，电池内部产生的热量会被传导到外部环境，使电池内部温度保持在恒定的安全范围内。

当内部产生的热量没法正常传导到外部，热量将会在电池内部慢慢积攒，致使电池温度进一步升高，进而又催化内部材料进一步反应释放热量，形成恶性循环。

当电池内部温度达到临界值时，将会发生剧烈热失控反应，电池短时间内将会释放大量热量，温度骤升。


燃烧剧烈

当电池发生故障不能正常散热时，高温会使得电解质反应生成一些可燃气体。由于封闭的内部结构，这些气体排放不出去，电池内部的压力会逐渐增加。

为了避免压力过大引发的爆炸，电化学储能电池都会配置安全阀。当内部压力达到安全阀的破裂阈值时，大量可燃气体与电池内部电解质将会从破裂的安全阀喷射而出。

由于电池热失控导致的高温现象，这些喷射出来的高温可燃气体和可燃物质接触到氧气，顷刻间就可形成猛烈的射流火焰。


容易传播

为了方便作业和维修，电化学储能站通常会将单位电池设计成紧密排列的电池模组。


当模组中的单个电池发生热失控时，基于电池模组紧密的排列构造，使得热量可以迅速传播到相邻电池，受到不正常加热的相邻电池也开始发生热失控。

此外，电池热失控产生的可燃气体形成爆炸混合物。一旦爆炸，产生的爆炸冲击力会将燃烧的电解质喷射到安全区域。由于电解质的黏度大和高密度能量特性，使其容易黏着在可燃物上持续燃烧，让火灾范围进一步扩大。


有毒易爆
研究发现，锂离子电池发生热失控的时候，会产生大量易燃易爆的气体，占比最高的七种气体为CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6，七种气体占到锂离子电池在热失控中释放气体总浓度比例99%以上。



这些释放的气体积攒在电池模组内部，时间长了会因为压力过大发生物理爆炸；当热失控产生的气体浓度达到爆炸极限时，遇到足够的氧气会发生化学爆炸；

除了可燃性和爆炸性，这些气体还具备毒性。如占比最高的CO2和CO，浓度达到一定程度时会对人体产生严重的中毒反应。


容易复燃

电化学储能站火灾不同于其他典型火灾，其电池热失控特点，增加了灭火的困难程度。

被及时扑灭的电池火灾，其内部的电解质仍会进行活跃的化学反应，缓慢持续地释放热量，在机缘巧合之下，又会引发新的火情。


解决办法
因为电池热过载具备升温快温度高、燃烧剧烈、容易传播、有毒易爆性、复燃性等特点，所以并不能以常规的灭火措施消灭电池热过载引起的火灾。针对电池热过载引起的火灾，目前较常使用的灭火剂是二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮和细水雾等灭火剂。

但是，这些灭火剂存在缺陷和不足，不仅会对电池电力系统造成二次伤害，甚至不能彻底扑灭火灾导致复燃。

如果未能及时发现火灾，电池热过载产生的有毒气体，还会危害现场人员的生命安全，造成不可挽回的损失。

因此，想要尽可能减少电池热过载火灾的损失，需要把火灾消防系统的重心放在火灾预警环节，防微杜渐，及时发现燃烧征兆，避免火情变成火灾。


总结

要想减少或避免电化学储能电站火灾，一是加强电化学储能站的安全防护，防止外部环境对电池本体造成的冲击，避免电池热失控；

其次，还要加强对储能电站的火灾预警能力，储能电池的燃烧爆炸反应是突然性，不可预知的，但电池受到非正常热量升温是有迹可循的，可以检测到的。

通过增设火灾预警探测设备，在火灾生成的初期发现并排除火灾隐患，将火灾风险损失降到最小。