本文對全球儲能項目主要火災(zāi)或爆炸事故的公開信息進行整理，匯總了近10年間發(fā)生事故的儲能電站的基本信息，總結(jié)了起火爆炸事故的基本特征。依據(jù)文獻“韓國鋰離子電池儲能電站安全事故的分析及思考”，給出了儲能電站發(fā)生安全事故的基本原因以及經(jīng)驗總結(jié)；并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)公開信息，搜集了美國發(fā)生人身傷亡事故的儲能電站爆炸事件的原因及整改措施。

一、儲能電站主要安全事故統(tǒng)計

通過對行業(yè)公開信息進行搜集整理，匯總了2011-2021年間，全球儲能項目主要火災(zāi)或爆炸事故。由于較多安全事故原因復(fù)雜，相關(guān)事件很多都未公開披露，據(jù)不完全統(tǒng)計，近10年間，全球共發(fā)生32起儲能電站起火爆炸事故。其中，日本1起、美國2起、比利時1起、中國3起、韓國24起。

32起儲能電站起火爆炸事故共有以下幾個特征：一是25起事故采用三元鋰離子電池；二是韓國儲能電站起火爆炸事故占24起，這與韓國各大電池企業(yè)以三元鋰電池為主流產(chǎn)品有關(guān)；三是2017年以后的儲能項目占30起；四是儲能電站起火爆炸大多發(fā)生在充電中或充電后休止中，占21起。


目前公開的儲能電站事故造成人員傷亡的主要有兩起：一起是美國亞利桑那州的公共服務(wù)公用事業(yè)公司（APS）發(fā)生大規(guī)模電池儲能項目（三元鋰電池）爆炸，造成8名消防隊員受傷。另外一起就是4月16日北京國軒福威斯光儲充技術(shù)有限公司儲能電站（磷酸鐵鋰電池）發(fā)生事故，事故造成2名消防員犧牲，1名消防員受傷，電站內(nèi)1名員工失聯(lián)。

從電池類型來看，三元鋰電池事故最多，磷酸鐵鋰目前已知主要就兩起，其中一起是江蘇的電網(wǎng)側(cè)項目，具體原因并未披露。另外一起就是4月16日北京國軒福威斯光儲充技術(shù)有限公司儲能電站（磷酸鐵鋰電池）發(fā)生事故。目前具體原因都仍在調(diào)查中。

二、公開事故原因分析收集

目前公開披露原因的事故，主要是韓國儲能電站起火事故和美國亞利桑那州的公共服務(wù)公用事業(yè)公司發(fā)生大規(guī)模電池儲能項目（三元鋰電池）爆炸，雖然沒有磷酸鐵鋰電池的事故原因分析，但還是具有一定的借鑒意義，主要是2點：一是儲能電站火災(zāi)事故多數(shù)發(fā)生在充電中或充電后休止中，此時電池電壓較高，電池活性較大，并聯(lián)電池簇間形成環(huán)流，導(dǎo)致電芯處于過充狀態(tài)，電壓升高形成內(nèi)短路，易造成火災(zāi)事故；二是儲能電站起火后，采用七氟丙烷等氣體滅火裝置，是通過隔絕氧氣來實現(xiàn)滅火，但無法使電池降溫，一旦有外部氧氣進入，就易引起電池復(fù)燃，且電池燃燒過程中會產(chǎn)生一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，電池復(fù)燃后甚至可能引發(fā)氣體爆炸。

三、韓國儲能電站事故原因分析及啟示

3.1事故原因

韓國儲能電站主要采用三星和LG的三元鋰電池，該電池體系熔點為200℃，儲能系統(tǒng)設(shè)計單簇為400kW/1600kWh，4簇并聯(lián)。儲能電站火災(zāi)事故多數(shù)發(fā)生在充電中或充電后休止中，此時電池電壓較高，電池活性較大。充電結(jié)束休止過程中，并聯(lián)電池簇間形成環(huán)流，導(dǎo)致電芯處于過充狀態(tài)，電壓升高形成內(nèi)短路，造成火災(zāi)事故。

文獻“韓國鋰離子電池儲能電站安全事故的分析及思考”結(jié)合韓國儲能事故調(diào)查，將儲能電站事故致因總結(jié)為以下四個方面：電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對電氣故障的保護系統(tǒng)不周、運營環(huán)境管理不足、儲能系統(tǒng)綜合管理體系欠缺。

（1）電池本體因素。由電池本體誘發(fā)安全事故的來源主要包括電池制造過程的瑕疵以及電池老化帶來的儲能系統(tǒng)安全性退化兩方面。

（2）外部激源因素。外部激源包括絕緣失效造成的電流沖擊及外部短路等問題，也包括除電池外部件高溫產(chǎn)熱造成的熱沖擊，以及某電池?zé)崾Э睾笥|發(fā)的熱失控蔓延過程。

（3）運行環(huán)境因素。鋰電池需要工作于各參數(shù)的安全窗口范圍，需要通過初始電熱管理設(shè)計、BMS/PCS/EMS以及空調(diào)系統(tǒng)等管控來維持合理的運行環(huán)境。運行環(huán)境管理不善將逐漸影響電池及系統(tǒng)的可靠性，進而演化為事故。

（4）管理系統(tǒng)因素。管理系統(tǒng)因素不僅包括BMS、PCS、EMS以及對應(yīng)的聯(lián)動管控邏輯，也包括管理規(guī)章制度等人的因素。前者是系統(tǒng)的核心控制和決策單元，主要作用是對電池系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行監(jiān)測和管理，對保障電池安全、穩(wěn)定、可靠運行有重要意義。

3.2經(jīng)驗總結(jié)

結(jié)合韓國儲能事故數(shù)據(jù)，以及四類引致安全事故因素的分析，可以對鋰電池儲能系統(tǒng)安全性管理做出以下經(jīng)驗總結(jié)。

（1）電池本體因素仍然是儲能系統(tǒng)安全的核心，受現(xiàn)階段管理系統(tǒng)的監(jiān)測管控可靠性限制，對電池本體的充放電SOC區(qū)間有必要適當(dāng)收緊。

（2）電池老化因素及運行環(huán)境因素的長期演化將可能造成腐蝕性的絕緣部件損壞，需要強化絕緣檢測并進行定期維護檢查，同時需要強化漏電斷路裝置、過電壓保護裝置、過電流保護裝置等電氣沖擊保護裝置的可靠性。

（3）儲能系統(tǒng)配置足夠強度和靈活性的主動熱管理系統(tǒng)是非常必要的。

（4）電池儲能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系有待進一步完善，特別是涉及PCS、BMS、EMS之間協(xié)調(diào)、控制與管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）目前業(yè)內(nèi)重點關(guān)注和大力開展的熱失控提前預(yù)警和消防安全技術(shù)，不能從根本上避免鋰電儲能系統(tǒng)的安全事故。欲達成鋰電儲能電站“零事故”絕對安全的目標(biāo)，需要改變思路，從電池安全狀態(tài)的實時評價和預(yù)測著手，針對電池本體及運行條件等多因素耦合作用的長期演化特性，研發(fā)電池安全風(fēng)險的早期預(yù)警系統(tǒng)，從源頭降低電池系統(tǒng)熱失控風(fēng)險。

四、美國APS儲能電站事故原因分析報道及整改建議和措施

2019年4月19日，美國亞利桑那州的公共服務(wù)公用事業(yè)公司（APS）發(fā)生大規(guī)模電池儲能項目，由于2.16兆瓦時鋰離子電池儲能系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生連續(xù)熱失控，一名職業(yè)消防隊長，一名職業(yè)消防工程師和兩名職業(yè)消防員在爆燃事件中受到重傷。

4.1事故過程描述

儲能系統(tǒng)煙霧探測發(fā)出警報，并排放滅火劑。

儲能系統(tǒng)中的煙霧探測器在大約16:55時發(fā)出警報信號，并排放了全淹式滅火劑（Novec1230）。

消防員是危險材料處置小組成員（HAZMAT），HAZMAT團隊對儲能系統(tǒng)附近定義了應(yīng)急危險區(qū)，并進入該區(qū)進行危險氣體監(jiān)測和火情診斷。

受傷的消防員是一支危險材料處置小組（HAZMAT）的成員，該小組于大約在18:28時到達現(xiàn)場。注意到從建筑物和附近的組件中散發(fā)出來并在沙漠中漂移的低層白云。該團隊定義了一個熱區(qū)（應(yīng)急危險區(qū)），并多次進入該熱區(qū)，以使用多通道氣體濃度測量表、比色管（colorimetrictubes）和熱像儀（TIC）在儲能系統(tǒng)周圍進行360度的火情診斷評估（size-up）。該小組在每次進入過程中都檢測到危險的氰化氫（HCN）和一氧化碳（CO）升高。該團隊持續(xù)監(jiān)視儲能系統(tǒng)，并注意到大約在19:50時白色氣體/蒸汽混合物停止從容器中流出。

HAZMAT領(lǐng)導(dǎo)層制定了事故響應(yīng)行動計劃，HAZMAT小組監(jiān)測儲能系統(tǒng)附近的HCN和CO濃度低于可接受的閾值，打開儲能系統(tǒng)大門，隨后發(fā)生爆燃事件。

HAZMAT領(lǐng)導(dǎo)層制定了事故響應(yīng)行動計劃，其中包括一群高級消防指揮官的意見，以及擁有和設(shè)計和維護儲能公司代表所提供的關(guān)于儲能系統(tǒng)的信息。HAZMAT小組最后進入了熱區(qū)，發(fā)現(xiàn)儲能系統(tǒng)附近的HCN和CO濃度低于可接受的閾值。在遵循事件行動計劃后，團隊在大約20:01小時打開了儲能系統(tǒng)的大門。消防員在大約20:04時在熱區(qū)外觀察到爆燃事件。所有HAZMAT團隊成員在爆炸中均受到重傷，并被迅速送往附近的醫(yī)院。注意：此事件中涉及的鋰離子電池儲能系統(tǒng)已在按照之前發(fā)布的《有關(guān)儲能系統(tǒng)安裝的當(dāng)前共識標(biāo)準(zhǔn)NFPA855》的第一稿進行了調(diào)試；儲能系統(tǒng)在設(shè)計符合調(diào)試時符合有效的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

4.2事故報告將該事件分為五個關(guān)鍵步驟

（1）事故原因可能是是一個鋰離子電池產(chǎn)生了樹突或枝晶，從而導(dǎo)致鋰離子電池短路，致使電芯升溫并著火。

（2）當(dāng)火勢蔓延到鄰近的電芯時，氣溶膠滅火劑無法阻止如此猛烈的大火。

（3）在模組內(nèi)放置的電芯離得很近，導(dǎo)致火勢從一個電芯迅速蔓延到另一個電芯，沒有任何物理屏障來防止火勢蔓延。

（4）隨著數(shù)百個電芯燃燒殆盡，釋放出爆炸性氣體，并聚集在密閉容器內(nèi)，并且容器內(nèi)沒有傳感器來計算氣體的積累。

（5）由于缺乏氣體監(jiān)測遙感系統(tǒng)，并且消防員對這類情況的培訓(xùn)欠缺，導(dǎo)致首批消防員人員并未采取正確的行動。

（6）爆炸性氣體不斷積聚，當(dāng)?shù)谝慌本热藛T打開艙門，氧氣進入艙內(nèi)時，爆炸性氣體開始燃燒。

4.3整改措施及建議

研究結(jié)果包括兩大類建議:對電池系統(tǒng)設(shè)計進行物理改變以消除氣體積聚的情況，以及改變對安全人員處理儲能站緊急情況的培訓(xùn)。①APS將在儲能系統(tǒng)中增加遙感和通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)故障導(dǎo)致危險氣體釋放時，操作人員可以通過氣體識別和通風(fēng)將其沖洗出去，而避免風(fēng)險。②其他升級包括冷卻系統(tǒng)或電芯之間的屏障，以防止火災(zāi)蔓延，并包括更密集的滅火措施，以防氣體滅火劑無法阻止火災(zāi)。③在安全培訓(xùn)方面，在裝有電池的城市，APS對當(dāng)?shù)氐陌踩藛T進行了培訓(xùn)。

為確保使用鋰離子電池儲能系統(tǒng)的消防和維修人員安全，以下建議和措施應(yīng)被納入標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、研究計劃的要求中。

（1）基本的消防員、指揮官和HAZMAT成員的培訓(xùn)應(yīng)強調(diào)儲能系統(tǒng)的安全性；鋰離子電池?zé)崾Э?，蒸氣云形成和擴散過程中釋放的氣體和蒸氣的潛在爆炸性；爆燃和爆炸波傳播的動力學(xué)；應(yīng)該進行包括全面測試的研究，以了解響應(yīng)鋰離子電池儲能系統(tǒng)火災(zāi)事件而采取的最有效，最安全的消防策略。

（2）在通過全面的實驗可以確定最終的策略和指導(dǎo)之前，建議消防人員在將鋰離子儲能系統(tǒng)視為外殼中的氣體混合物濃度高于LEL，除非另行證明，否則應(yīng)待在保守的潛在爆炸半徑之外，并停留在危險區(qū)的外部。

（3）應(yīng)開發(fā)一種在線教育工具，以擴散有關(guān)鋰離子電池儲能系統(tǒng)危害和消防戰(zhàn)術(shù)考慮因素的適當(dāng)基礎(chǔ)知識。

（4）鋰離子電池儲能系統(tǒng)應(yīng)包含可遠程訪問的氣體監(jiān)測；應(yīng)該進行包括多尺度測試在內(nèi)的研究，以評估用于鋰離子電池儲能系統(tǒng)的固定式氣體監(jiān)測系統(tǒng)的有效性和局限性。

（5）鋰離子電池儲能系統(tǒng)應(yīng)包含強大的通信系統(tǒng)，以確保從BMS從整個儲能系統(tǒng)中的傳感器遠程訪問數(shù)據(jù)，并且讓火警控制面板保持不間斷。

（6）儲能系統(tǒng)的所有者和經(jīng)營者應(yīng)與當(dāng)?shù)叵廊藛T和業(yè)主授權(quán)單位（AHJ）一起制定應(yīng)急行動計劃，并全面了解與鋰離子電池技術(shù)相關(guān)的危害。

（7）在所有儲能系統(tǒng)安裝中均應(yīng)使用標(biāo)識儲能系統(tǒng)內(nèi)容的標(biāo)牌，以警告第一響應(yīng)者與安裝相關(guān)的潛在危險。

（8）鋰離子電池儲能系統(tǒng)應(yīng)與緊急操作計劃配合，按照NFPA855或國際消防法規(guī)第12章的要求，配備適當(dāng)?shù)姆辣Ｗo。

（9）應(yīng)該進行包括全面測試的研究，以確定最有效的鋰離子電池儲能系統(tǒng)滅火和防爆系統(tǒng)。

（10）應(yīng)開展著眼于儲能系統(tǒng)緊急退役的最佳做法和消防在緊急情況下作用的研究。

五、結(jié)語

隨著國內(nèi)外儲能項目建設(shè)的快速增長，安全問題也日益突出，特別是起火事件受到社會各界高度關(guān)注。儲能還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期階段，對于新事物的認知，大眾普遍會有放大例如意識，韓國一時在政策激勵之下，儲能項目建設(shè)爆發(fā)式增長，隨之在系統(tǒng)集成、施工運維等方面產(chǎn)生重大安全隱患，2019年美國APS公司在亞利桑那州皮奧里亞部署的電池儲能電站發(fā)生火災(zāi)，四名消防員受傷。因此需要客觀理性地看待已暴露出來的事故隱患，舉一反三，認真做好儲能項目的安全保障工作。