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電化學儲能憑借高可控性、高模塊化、能量密度大、轉(zhuǎn)換效率高、建筑周期短且安裝方便，成為儲能行業(yè)的“香餑餑”，得到了大力推廣。

在各類電化學儲能中，鋰離子電池的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟，應(yīng)用最廣。與此同時，鋰離子電池的火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，造成人們的生命和財產(chǎn)損失。

2021年4月6日，韓國忠清南道洪城的儲能系統(tǒng)(ESS)發(fā)生火災(zāi)，財產(chǎn)損失估計為人民幣258萬元；2021年4月16日，北京福威斯油氣技術(shù)有限公司光儲充一體化項目發(fā)生火災(zāi)爆炸，直接造成財產(chǎn)損失1660萬元；2022年4月18日，美國錢德勒鋰電池
儲能電站發(fā)生火情，致使當?shù)厮姆种挥⒗锓秶鷥?nèi)的民眾進行緊急疏散......


為什么技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈最成熟的鋰離子電池，會頻頻發(fā)生火災(zāi)事故？難道我們不可做出相關(guān)措施進行火災(zāi)預(yù)警，減少火災(zāi)事故的發(fā)生？

起火原因

市面上鋰電池起火原因主要有三類：機械濫用、電濫用和熱濫用。

機械濫用：擠壓或針刺導致電池變形甚至隔膜部分破損，引發(fā)內(nèi)短路；

電濫用：過充過放等導致電池內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶，鋰枝晶穿破隔膜，引發(fā)內(nèi)短路；

熱濫用：溫度過高導致隔膜和正極材料發(fā)生分解，隔膜破損，引發(fā)內(nèi)短路；

這三類起火原因都會導致內(nèi)短路發(fā)生，電池內(nèi)部產(chǎn)熱速率遠遠高于散熱速度，導致內(nèi)部積攢過多熱量，從而引起電池熱過載連鎖反應(yīng)。

安全規(guī)范

儲能電池安全是系統(tǒng)正常工作的基本要求。通過改良電池質(zhì)量安全和規(guī)范管理操作，可以有效降低電池火災(zāi)發(fā)生的概率。

電池質(zhì)量

目前，為了更高的轉(zhuǎn)化率，電化學儲能站會優(yōu)先選擇具有高能量密度材料的儲能電池，這種電池極易受到內(nèi)部外部因素影響，從而釋放能量。


針對電池特性，可以通過對鋰電池材料改性，降低電解液的可燃性，從而降低電池的失控風險。

然而，這種針對電池本身材質(zhì)及構(gòu)造的研發(fā)過程過于漫長，且成本過高，對電池供應(yīng)商而言是一個不小的負擔。

對那些已經(jīng)建成且在運行的電化學儲能站而言，這種優(yōu)化方式并不能很好地解決當下電池儲能系統(tǒng)的火災(zāi)安防問題。

規(guī)范管理

電化學儲能站的火災(zāi)事故，大部分都是人為操作失誤和環(huán)境因素導致的。可以制定標準合理的操作流程和場所標準化條規(guī)。

減少電化學儲能站在安裝和運行過程中不規(guī)范操作引起的火災(zāi)事故，通過控制室內(nèi)的溫度氣壓等空間環(huán)境，減少混亂環(huán)境引發(fā)的電池熱過載現(xiàn)象。


這種操作標準化和場景規(guī)范化，可以極大程度降低電化學儲能站的火災(zāi)概率。

然而，面對突發(fā)的火災(zāi)，這種只是讓電化學儲能站能夠正常運作的規(guī)范手段，會略顯無力。此時，就需要建立火災(zāi)消防系統(tǒng)，減少火災(zāi)損失。

火災(zāi)消防

火災(zāi)消防系統(tǒng)，分為火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)和火災(zāi)滅火系統(tǒng)兩類。

火災(zāi)預(yù)警

針對鋰電池的特殊性，電化學儲能站的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)較常選用感溫探測設(shè)備和特征氣體探測設(shè)備。

鋰電池在發(fā)生內(nèi)短路時，會釋放大量熱量，溫度會在短時間迅速升高。感溫探測設(shè)備就是利用電池熱過載升溫這個特點，對電化學儲能站進行火災(zāi)預(yù)警探測。

受電池熱過載升溫影響，鋰電池會產(chǎn)生大量易燃易爆的氣體。占比最高的氣體分別是CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6，這七種氣體占比可達99%以上。


部分廠商根據(jù)電池熱失控釋放氣體，開發(fā)出特征氣體探測器，用來監(jiān)測電化學儲能站。

以上這兩種探測技術(shù)都比較適合電化學儲能站的火災(zāi)預(yù)警，但從實際應(yīng)用上看，這兩種探測方式都存在不足。

電池熱過載升溫時間短反應(yīng)快，探測器來不及報警，探測器對模組內(nèi)的電池熱過載沒法起到監(jiān)測作用；不同材質(zhì)的鋰電池熱過載釋放的特征氣體占比會存在差異，供應(yīng)商需要設(shè)定合理的檢測閾值，確保檢測設(shè)備能夠起到預(yù)期效果。

目前，能夠準確有效地監(jiān)控火情，提前報警的探測技術(shù)，唯有熱釋離子探測技術(shù)。

這種探測技術(shù)的原理是可燃物溫度在達到受損點時釋放的熱釋離子，通過采集環(huán)境中的熱釋離子進行燃燒判斷，在可燃物產(chǎn)生煙霧前的物理階段便能探測到火災(zāi)隱患，為安防人員提供充足的時間去排查、解決隱患。


熱釋離子探測技術(shù)不易受到可燃物物質(zhì)組成成分影響，可以實現(xiàn)精準預(yù)報，使得檢測結(jié)果更為準確。

火災(zāi)滅火

目前，針對電化學儲能站的常用滅火劑為二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮和細水霧等。由于電化學儲能站火災(zāi)的特殊性，這些滅火劑都有一定的缺陷和不足，不能徹底撲滅火災(zāi)導致復燃，或?qū)﹄姵仉娏ο到y(tǒng)造成二次傷害。


因此，當前的滅火措施，普遍采用復合式滅火系統(tǒng)，如氣水二次滅火系統(tǒng)、間歇噴射滅火系統(tǒng)，還有置于電池內(nèi)部的火災(zāi)抑制膠囊等。

滅火系統(tǒng)作為電化學儲能站火災(zāi)防控的最后措施，對儲能系統(tǒng)的安全運行具有重要意義，可以降低火災(zāi)損失和保障人們的生命安全。

總結(jié)

電化學儲能站的火災(zāi)特殊性，意味著火災(zāi)消防重心在于火災(zāi)預(yù)防，而不是補救式滅火。只有超早期預(yù)警、超早期發(fā)現(xiàn)、極早處理，真正做到減少火災(zāi)損失，保障人們的生命安全。 

原標題：電化學儲能行業(yè)興起，怎樣才能避免電池儲能系統(tǒng)的火災(zāi)！