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近日，珠海市香洲區(qū)屏北二路廣通物流園內(nèi)儲能柜突發(fā)起火，珠海消防在抵達(dá)現(xiàn)場后30分鐘內(nèi)撲滅明火，然而在后續(xù)冷卻降溫過程中電池柜再度爆燃。

經(jīng)消防救援人員持續(xù)出水壓制并啟用大功率隧道排煙機(jī)降溫，在將有爆燃風(fēng)險(xiǎn)的電池柜逐一轉(zhuǎn)移至空地進(jìn)行長達(dá)9小時(shí)的冷卻降溫后最終解除危險(xiǎn)，現(xiàn)場無人員傷亡。

據(jù)悉，該起火儲能柜由5組電池柜串聯(lián)為一體，著火電池柜為1、2號柜，現(xiàn)場過火面積約5平方米，起火原因正在進(jìn)一步調(diào)查中。

儲能安全向來為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。就在本月，有關(guān)“比亞迪儲能供貨的寧夏銀川錦洋綠儲儲能電站于2023年8月2日起火爆炸，造成多人傷亡”的消息才在網(wǎng)上傳得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，比亞迪儲能官方不得不親自發(fā)文辟謠。

縱觀儲能行業(yè)發(fā)展歷程，盡管技術(shù)水平突飛猛進(jìn)，各類政策、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都已取得了長足的進(jìn)步，起火爆燃事故卻始終如影隨形。

我們不妨以史為鑒，從往年儲能安全事故，看爆燃何故頻發(fā)，又應(yīng)當(dāng)如何防范？

爆燃為何頻發(fā)？

提及國內(nèi)教訓(xùn)深刻的儲能行業(yè)重大安全事故，總繞不開“4·16”北京大紅門儲能電站起火爆炸事故。

2021年4月16日，北京“大紅門”儲能電站發(fā)生起火爆炸，造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，火災(zāi)直接財(cái)產(chǎn)損失為1660.81萬元。


事故調(diào)查結(jié)果顯示，當(dāng)時(shí)南樓起火直接原因系西電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?。而北樓的爆炸直接原因則為南樓事故產(chǎn)生的易燃易爆混合物通過電纜溝進(jìn)入北樓儲能室并擴(kuò)散，與空氣混合形成爆炸性氣體，后遇電氣火花發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生相當(dāng)于26公斤TNT的爆炸威力。

無獨(dú)有偶，美國儲能行業(yè)最大規(guī)模安全事故之一，2019年4月19日美國亞利桑那州APS電力公司儲能電站火情中，在救火人員勘察現(xiàn)場時(shí)發(fā)生意外爆炸并造成多名人員受傷，其中一名消防主管與一名工程師在爆燃事件中受到重傷。

根據(jù)APS官網(wǎng)發(fā)布的公告顯示，當(dāng)時(shí)預(yù)先布置的自動滅火系統(tǒng)已經(jīng)啟動，然而熱失控的電池釋放出易爆氣體，并在集裝箱內(nèi)部累積，最終因不明因素引燃導(dǎo)致爆炸發(fā)生。

這一事件影響極為深遠(yuǎn)，甚至直接影響到后續(xù)事故中的火災(zāi)處理策略。

2022年4月18日美國亞利桑那州鹽河變電站內(nèi)儲能設(shè)施發(fā)生火災(zāi)，在內(nèi)部自動噴水滅火系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行與消防人員排出建筑物內(nèi)易燃?xì)怏w的謹(jǐn)慎解決之下，該項(xiàng)目火勢最終連續(xù)燃燒超過五天才得以結(jié)束。

而無論是此次珠海儲能柜滅火途中爆燃，抑或是前段時(shí)間網(wǎng)傳的儲能電站事故，都出現(xiàn)了起火后發(fā)生爆燃的情況，其原因何在？


事實(shí)上，電池?zé)崾Э夭⒎亲陨戆l(fā)熱起火這樣一個(gè)簡單的概念，電化學(xué)儲能自身特性決定其在發(fā)生熱失控的過程當(dāng)中難免因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生大量易燃易爆氣體。

此前有研究認(rèn)為，三元鋰本身便具有嚴(yán)重的安全隱患，而磷酸鐵鋰路線為儲能安全的更優(yōu)解。

一般而言，三元鋰電池的材料在200度左右的環(huán)境下就會發(fā)生分解，化學(xué)反應(yīng)也更加劇烈；而磷酸鐵鋰的分解則發(fā)生在800度左右的環(huán)境中，顯然具備更佳的高溫穩(wěn)定性。


據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，過去十年發(fā)生的約57起電池類型相對明確的電化學(xué)儲能事故中，三元鋰電池共占36起，占事故總數(shù)的63.23%，在韓國這一事故高發(fā)地更是主流的儲能產(chǎn)品。
然而隨著研究及實(shí)踐的不斷深入，磷酸鐵鋰電池被證明或存在更高的氣體爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

如果說三元鋰電池的熱失控更傾向于自燃，磷酸鐵鋰電池在熱失控過程中產(chǎn)生氫氣的現(xiàn)象則更具爆炸風(fēng)險(xiǎn)，這使得對熱失控的處理解決又增添了非常多的復(fù)雜性。

“三元電池是自己容易熱失控，自己把自己點(diǎn)著；磷酸鐵鋰電池自己點(diǎn)不著，但是它的氣體爆炸的風(fēng)險(xiǎn)比三元電池要高，一旦在外面遇到火花它更危險(xiǎn)。”中國科學(xué)院院士歐陽明高表示，大容量電池中磷酸鐵鋰的燃爆指數(shù)是三元鋰的兩倍。

誠如前文所述，在不少儲能事故當(dāng)中，優(yōu)先排出易燃易爆氣體、避免爆炸性氣體積聚，或盡可能將燃燒中的儲能系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至空曠處、切斷連鎖熱失控及擴(kuò)大火勢的可能，已是應(yīng)對此類事故的常見流程。

面對依舊高發(fā)的儲能安全事故，究竟應(yīng)當(dāng)如何提前防范？

事故如何防范？

解決電芯本質(zhì)安全問題，永遠(yuǎn)是電化學(xué)儲能行業(yè)的終極追求。

盡管電池材料的特性已然決定，在較長的一段時(shí)期內(nèi)我們都很難將其自身發(fā)生危險(xiǎn)的概率降低至足夠小甚至為零，然而固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的未來實(shí)現(xiàn)，或有望從根本上解決現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的安全性問題。

從電池?zé)崾Э氐恼麄€(gè)過程來看，化學(xué)活性高、易揮發(fā)、易燃、易腐蝕的液態(tài)電解質(zhì)起到了關(guān)鍵的作用，是鋰電池自身的最大安全隱患。

而固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，部分或全部替代液態(tài)電解質(zhì)。一方面，固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、無腐蝕、無揮發(fā)等特性，分解溫度大幅提升；另一方面，由于內(nèi)部無液體流動，固態(tài)電池具有承受穿刺、折彎等物理沖擊的高機(jī)械強(qiáng)度，從而大幅降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)。


當(dāng)前，固態(tài)電池商業(yè)化言之尚早，然而半固態(tài)電池量產(chǎn)已被各大新能源車企、鋰電龍頭企業(yè)提上日程。

EVTank預(yù)測到2030年全球固態(tài)電池（包含準(zhǔn)固態(tài)電池、半固態(tài)電池、全固態(tài)電池）滲透率有望達(dá)到10%，需求達(dá)到276.8GWh。而SNE Research則預(yù)計(jì)全固態(tài)電池將從2025年開始的0.2GWh，增加到2030年的131GWh，市場滲透率達(dá)到4%左右。

在以監(jiān)控和預(yù)防為主的主動安全方面，傳統(tǒng)、單一的火災(zāi)預(yù)警方法，已難以滿足電化學(xué)儲能大規(guī)模發(fā)展形勢下日益迫切的安全預(yù)警需要。

在監(jiān)控預(yù)警層面，針對磷酸鐵鋰電池在熱失控中存在發(fā)熱、冒白煙、釋放氫氣并引發(fā)氣壓變化等物理特性，行業(yè)當(dāng)前已經(jīng)開始應(yīng)用基于聲、熱、力、電、氣多物理參數(shù)的智能安全預(yù)警技術(shù)，并且通過綜合算法進(jìn)行判斷，識別電池的早期熱失控狀態(tài)。

更高管理精度的BMS，則有望將問題電芯的隱患掐滅在萌芽階段。新型儲能系統(tǒng)的電池容量和功率都在不斷擴(kuò)大，由于系統(tǒng)采用了數(shù)目龐大的鋰電池，非常容易出現(xiàn)電池間產(chǎn)熱不均、功率差異大等問題，BMS在儲能電池系統(tǒng)管理方面日益發(fā)揮更加重要的作用。

而在火災(zāi)事故的應(yīng)急處置方面，本次珠海儲能柜起火爆燃事件中，直接用水進(jìn)行撲滅的處理方式實(shí)則并不非常妥當(dāng)。

以2021年9月美國加利福尼亞州Moss Landing一期項(xiàng)目安全事故為例。在該起事故當(dāng)中，由于某區(qū)域檢測到煙霧，抑制火災(zāi)的噴水降溫系統(tǒng)隨之啟動。

然而，作為電池降溫系統(tǒng)一部分的軟管和管道上的少量接頭發(fā)生故障，導(dǎo)致水噴到電池機(jī)架上。進(jìn)而導(dǎo)致短路和電弧，引發(fā)電池?fù)p壞并制造更多的煙霧。這些額外的煙霧再次被其他VESDA設(shè)備檢測到，導(dǎo)致水釋放到其他區(qū)域，隨后軟管/管道故障，釋放更多的水，造成更多的電池?fù)p壞和煙霧。

這樣一套惡性循環(huán)下來，最終導(dǎo)致該項(xiàng)目大約7%的電池模組和其它設(shè)施系統(tǒng)造成損失。

此外，對電化學(xué)儲能設(shè)施采取水消防，需考慮到高壓電的影響。由于電化學(xué)儲能設(shè)備自身帶電，水消防不僅易在火災(zāi)初期加劇系統(tǒng)內(nèi)部短路，還有可能帶電并產(chǎn)生有毒物質(zhì)對消防人員產(chǎn)生危害。

就正確消防處理來看。一方面，隔離火勢避免連鎖熱失控是“防消結(jié)合”的重中之重；另一方面，針對儲能系統(tǒng)設(shè)計(jì)并配備行之有效的消防防護(hù)系統(tǒng)，擇取滅火效能更高且具有良好電絕緣性能的消防藥劑，將儲能消防落到實(shí)處而非僅作表面文章，亦是保障儲能安全的迫切需求。

如在上周二法國Saucats發(fā)生的Amarenco儲能電站起火事故當(dāng)中，該起事故所在的儲能電站部署了將近50個(gè)鋰電池集裝箱。但由于每個(gè)集裝箱單元之間設(shè)置了一定的安全距離，消防人員并未直接撲滅火災(zāi)而是在集裝箱周圍設(shè)置防護(hù)，加之集裝箱自身配備的消防系統(tǒng)發(fā)揮作用，最終火情在未發(fā)生火災(zāi)蔓延和人員傷亡的情況下得到有效控制。

原標(biāo)題：儲能再爆安全事故，爆燃為何屢屢重現(xiàn)