2017到2022年间，全球电化学储能电站发生超70起安全事故，安全问题已成为制约行业发展的“不定时炸弹”。
公开披露的储能电站起火事故中，2020年前绝大部分为三元锂电池，约占80%以上，主要发生在韩国、美国等。近几年，随着磷酸铁锂电池被广泛采用，磷酸铁锂储能系统起火事故的比例在不断增加。
2022年以来，国内新增投运新型储能项目中百兆瓦级成为常态，甚至吉瓦级项目也有规划，装机量高速增长的同时，储能产业正面临前所未有的安全与消防压力。
形势严峻
在海外，韩国曾在2018年电化学储能装机规模跃居全球榜首，但2017.08~2019.05期间，韩国1000余座电化学储能电站发生火灾23起，每座年发生火灾概率约达1.5%。LG化学公司、三星SDI公司和LS工业系统公司等储能企业由于政府多次推迟公布火灾原因而陷入经营危机，产业受到了致命的打击。
美国近几年电化学储能电站火灾频繁发生，2022年4月亚利桑那州总容量10MW/40MWh储能电站发生火灾，持续闷烧5天无法灭火。2021年7月，澳大利亚最大储能电站发生火灾.....
在国内，2017年山西某火力发电厂储能系统发生大火持续7小时(发电侧);2018年8月，总投资约1.9亿元的镇江扬中某储能电站的电池集装箱起火并烧毁(电网侧);2019年5月，北京某酒店的用户侧储能项目发生火灾;2021年4月，北京集美大红门25MWh电站火灾导致2名消防员牺牲，1名员工失联，1名消防员受伤(光储充一体综合);2022年，江西、海南等储能电站相继火灾.....
可以看到，消防安全问题已成为储能规模化发展“掣肘”，只有解决安全问题，储能产业才能走向健康发展。
据了解，火灾多数发生在调试阶段、充电中或充电后休止中，此时电池电压高，活性大串并联电池簇间形成环流，加上锂离子电池热失控过程中产生大量的氢气、一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体，除火灾外，储能电池热失控还伴随产气及燃爆危害。
LFP电池随着SOC(荷电状态)的增加，热失控H2、CH4、C2H4、CO的产量逐渐增加、CO2的产量减少。在0%-50% S0C阶段，H2和CO2的变化趋势明显，CH4、C2H4、CO变化不是很显著;500%-100% S0C阶段，产气成分差距不大。LFP电池在50% S0C时就已经产生很多可燃气体。
本征时序决定最高温度，小电芯正负极反应分开，热失控最高温度在400~500°C，大电芯传热效应叠加提高温度，正极释氧分解参与反应，热失控最高温度达700~900°C。针对320Ah LFP电池单体的侧向加热实验显示，电池内部温度超过823.5°C时，超过磷酸铁锂正极分解温度，产生大量可燃电解液蒸汽。
在储能电站向大容量方向发展的同时，储能安全与消防方面也将面临更为严峻的考验，行业呼唤“储能级”、“核电级”安全标准。
新标准呼之欲出
储能电站安全面临的首要问题是标准规范严重滞后于产业发展。在储能行业日新月异的今天，市场已经远远走在了政策的前面。
当下储能电站的设计建设工作主要由国家强制标准《电化学储能电站设计规范》(GB51048-2014)进行相关技术指标指导，该标准制定于2014年，当时把储能电站当作建筑来看待。但众所周知，储能电站的火灾与建筑火灾的危害等级、防治措施等完全不同。
值得庆幸的是，产业界与学术界已经意识到制定储能行业新标准的紧迫性。
对于储能安全风险，《“十四五”国家安全生产规划》中强调，要严密防控电化学储能电站等新技术新产业新业态安全风险。《国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知》中将项目法人列为安全运行责任主体，从规划设计、设备选型、施工验收、并网验收、运行维护、应急消防处置能力提出安全管理要求。
2022年12月30日，《电化学储能电站安全规程》发布，将于2023年7月1日起实施，该标准规定了电化学储能电站设备设施安全技术要求运行、维护、检修、试验等方面的安全要求，涉及储能电池、BMS、PCS监控、消防等各类设备的检修规定。
2023年2月22日，国家标准化管理委员会、国家能源局发布《新型储能标准体系建设指南》的通知，共出台205项新型储能标准。通知提到，2023年将制修订100项以上新型储能重点标准，加快制修订设计规范、安全规程、施工及验收等储能电站标准，开展储能电站安全标准、应急管理、消防等标准预研，尽快建立完善安全标准体系。
2023年3月17日，中国科学技术大学教授、欧盟科学院院士孙金华表示，“《电化学储能电站设计规范》已修订了很长时间，去年也反复多轮征求大家意见。最近，这个新规范将会发布。”
新技术百舸争流
储能电站事故频发催生储能消防需求，据预计，国内储能消防市场空间正迈向百亿级。
消防方面，以前投运的三元储能电站、梯次储能电站、多年运行老化储能电站消防安全有待加强，新建储能电站向大容量演进也对安全要求大幅提升。随着新标准的出台，业内对储能电站的安全要求只会越来越严，重价不重质的企业将会被无情淘汰。
在此背景下，锂电池本征安全提升、储能场所安全风险评估、火灾防控与灭火技术研发等成为业内研究热点。
储能电站火灾安全面临标准规范严重滞后于储能产业的发展，电池故障隐患与热失控精准预警技术缺乏，储能电站的高效灭火技术尚不成熟，协同一体化安防技术与智能管理系统缺乏等问题。
较早期的储能电站采用的灭火技术主要有七氟丙烷灭火系统、气溶胶灭火系统、水系灭火系统等。近几年，储能电站火灾安全技术在包括电池热失控预警技术、全氟己酮灭火系统、液氮灭火抑爆技术、电池模组热管理与热失控阻隔耦合技术、浸没式液冷热/安全管理技术等方面取得了进展。
具体来看，干粉灭火剂及气体灭火剂降温效果较差，并不能阻止电池的热失控。
水系统灭火对单体电芯、输出电压较低的模组而言，其灭火性能以及冷却效果均较好，但对储能电站等输出电压很高的情况，会造成系统短路诱发二次火灾，电池整体报废。
七氟丙烷灭火技术虽然灭火效果好，但对电池降温效果差。电池温度会再次升高从而发生二次复燃。此外，根据《蒙特利尔议定书》要求，七氟丙烷将于2024年开始逐步被限制使用。
全氟己酮可快速扑灭明火，具有一定的冷却效能，但若不能保持一定灭火剂浓度和足够的浸渍时间，无法抑制磷酸铁锂电池的热失控。
液氮灭火抑爆技术可在极端条件下快速响应灭火。实验表明，液氮能够在5S内扑灭电池模组火灾，并在短时间内实现降温，防止火灾扩散。不过液氮灭火中注氮时机、注氮方式、注氮量、注氮管径等抑灭效果影响较大，且需兼顾安全性与经济性。
电池热失控预警技术主要针对锂离子电池热失控预警问题，大量研究从电池温度以及实时检测电池产生的特征气体(CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6等)等方面提出了不同的方案。通常项目中会配备气体、烟感、温感探测器实现热失控和火灾预警，此外还配备摄像头来辅助判断安全状况。不过，预警探测的及时性、准确率仍有待提升。
浸没式液冷热/安全管理技术可提高散热效率，防止电池温升提升系统安全性均衡电池温度，延长寿命，但建设和运行维护成本、长时间运行冷却液更换频率等方面仍有待研究。3月6日，全球首个浸没式液冷储能电站——南方电网梅州宝湖储能电站在梅州五华已正式投入运行。
模块级灭火方案以电池模块为单位，配置可燃气体探测器和灭火介质喷头。通过可燃气体探测器、温度传感器结合电池管理系统识别电池的早期热失控状态，在单体电池热失控后，通过电池模块配置的灭火介质喷头喷洒灭火介质，阻止火灾的蔓延。
可以看到，在政策与技术以及大众认知层面，储能安全与消防取得了长足的进步，为储能产业持续健康发展保驾护航。
免责声明：本网转载自其它媒体的文章，目的在于弘扬科技创新精神，传递更多科技创新信息，宣传国家科技政策，展示国家科技形象，参与国际科技舆论竞争，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，在此我们谨向原作者和原媒体致以崇高敬意。如果您认为本网文章及图片侵犯了您的版权，请与我们联系，我们将第一时间删除。
