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隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，計算機、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的出現(xiàn)，使電力行業(yè)朝著自動化、智能化的方向不斷邁進。其中，儲能電站的應(yīng)用在電力行業(yè)的發(fā)展中起著十分重要的作用。但由于儲能電站在實際應(yīng)用的過程中，安全防護工作存在缺失，可能會導(dǎo)致設(shè)備及系統(tǒng)的運行出現(xiàn)問題，嚴重影響了電力供應(yīng)的安全與穩(wěn)定。為了避免這種情況的發(fā)生，有必要加大消防預(yù)警技術(shù)的引進力度，以此來進一步提升儲能電站系統(tǒng)的防護程度。

一、儲能電站現(xiàn)狀和前景

儲能電站是新型電力系統(tǒng)建設(shè)中重要的一環(huán)，但其大規(guī)模的應(yīng)用及推廣卻受到了安全問題的制約。就以鋰離子電池儲能電站來說，其由于安全防護措施不到位，導(dǎo)致火災(zāi)事故頻發(fā)，不僅為電力企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失，還嚴重威脅著人們的生命安全。鋰離子電池儲能系統(tǒng)火災(zāi)事故的發(fā)生，主要原因有：（1）電機保護系統(tǒng)失效；（2）電池設(shè)計缺陷；（3）管理過程中的不規(guī)范行為；（4）儲能系統(tǒng)運維管理缺失。儲能電站起火或爆炸的關(guān)鍵因素在于儲能電池聚熱失控。鑒于鋰離子電池儲能電站在應(yīng)用和推廣中所面臨的消防安全問題，需要建立電池儲能研發(fā)及應(yīng)用全流程機制，加快推進標準化工作，大力開展運維體系和消防體系建設(shè)，以便從多環(huán)節(jié)、多方面技術(shù)對鋰離子儲能系統(tǒng)進行監(jiān)控。

隨著可再生能源的持續(xù)增加，電網(wǎng)能夠調(diào)用的調(diào)節(jié)電源需求將持續(xù)增強，而火電機組持續(xù)關(guān)停，電網(wǎng)需要的調(diào)節(jié)電源容量也在不斷減少。因此，輔助服務(wù)市場放開后，勢必會在發(fā)電廠、可再生能源電站、電網(wǎng)側(cè)或用戶側(cè)引入儲能[1]。在電力市場改革不斷深化的今天，儲能可參與的市場也會越來越廣泛，可獲得的收益方向也會越來越多?？深A(yù)知的是，儲能在未來電力輔助服務(wù)市場中將會有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。

二、事故案例

自從鋰離子電池儲能這一技術(shù)被提出后，其安全問題便受到了社會各界人士的廣泛關(guān)注。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，截至2021 年6 月，因鋰離子電池儲能引起的火災(zāi)事故在全球范圍內(nèi)總共有34 起。近幾年國內(nèi)及國外出現(xiàn)的儲能電站起火爆炸事件，可詳見表1。
韓國曾經(jīng)對發(fā)生火災(zāi)事故的23 座儲能電站進行了調(diào)研。其中，發(fā)生在放電過程中的有6 起，發(fā)生在充電后的有14 起，發(fā)生在施工和安裝過程中的有3 起。據(jù)調(diào)查顯示，引起多起火災(zāi)發(fā)生的原因主要有以下幾方面：

第一，電擊保護系統(tǒng)不良。在測試外部電力沖擊等過程中，電池保護裝置內(nèi)大部分的元件存在受損情況，電池保護裝置內(nèi)的直流接觸器出現(xiàn)爆炸，碳化痕跡出現(xiàn)在內(nèi)部交流過濾器之上。測試表明，電池表面一旦被電沖擊，很可能會導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

第二，電池系統(tǒng)缺陷。通過拆解電池，發(fā)現(xiàn)部分電池質(zhì)量并未達到設(shè)計標準，主要表現(xiàn)在部分電池存在活性物質(zhì)涂層不良、切斷和翻折不良等缺陷。

第三，環(huán)境影響。在沿海地區(qū)及山區(qū)安裝的儲能系統(tǒng)，受冷凝水、灰塵等自然環(huán)境的影響，會導(dǎo)致電池的絕緣性能不斷降低。這樣的話，短路現(xiàn)象難免會在電池內(nèi)部發(fā)生，從而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

第四，儲能系統(tǒng)管理不善。從企業(yè)面談?wù){(diào)查、事故調(diào)查、試驗論證等多個方面予以綜合分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計不能將電池和PCS（儲能變流器）等部件完美結(jié)合，進而也無法實現(xiàn)系統(tǒng)層面的保護和管理。

上文已經(jīng)說過：引起儲能站爆炸或起火的關(guān)鍵因素在于儲能電池聚熱失控，但就熱失控本身而言，促使其形成的原因卻不僅是電池本體制造這一個原因，還有可能是因為電池長時間運行致使散熱不足，從而造成電池過放或過充，或者是電源管理系統(tǒng)均衡功能較差而引起的電池過放或過充。

三、儲能電站系統(tǒng)安全早期預(yù)警

（一）人防

建立健全標準化操作規(guī)程。無論是哪種行業(yè)，哪類工作，都需要一套完備的制度，對相關(guān)的部門以及工作人員進行有效的制約，使其能夠在現(xiàn)有章程的約束下，高效地完成管理者所安排的任務(wù)。當然，針對電池儲能電站的安全預(yù)警工作也不例外。要想盡可能地確保儲能系統(tǒng)運行中的安全和穩(wěn)定，就必須根據(jù)技術(shù)要求，制定出合理的規(guī)章，使工作人員明確自身職責，嚴格落實好工作制度，從而降低因人為過失導(dǎo)致安全隱患或意外事故發(fā)生的概率。另外，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種先進技術(shù)及高新設(shè)備被不斷的應(yīng)用于儲能電站系統(tǒng)之中，這在很大程度上提升了儲能電站的信息化、智能化水平。

但鑒于很多工作人員專業(yè)能力不足，對于引進的新技術(shù)和新設(shè)備不能做到充分的了解和掌握。因此，作為有關(guān)部門，需要針對有關(guān)技術(shù)人員定期開展理論知識以及專業(yè)技能方面的培訓(xùn)，特別是安全防護方面的教育，幫助其增強安全防范意識的同時，提升工作人員的專業(yè)素養(yǎng)，使其能有足夠的能力勝任當前的崗位，并能夠充分的掌握各種高新設(shè)備，熟練地運用各種先進技術(shù)。如此一來，當儲能系統(tǒng)運行中出現(xiàn)任何異常情況，工作人員便能及時察覺，并采取相應(yīng)的舉措予以妥善處理，從而有效地避免火災(zāi)及爆炸事故的發(fā)生。

（二）物防

高穩(wěn)定熱失控隔離材料

當鋰離子電池有熱失控情況發(fā)生時，往往會釋放出大量煙霧、熱量以及可燃電解質(zhì)氣體，使電池的封裝材料受到嚴重破壞。針對此種問題，可在電池間放置高熱阻材料，以提高電池的被動安全性。同時，還可在電池表面涂上一層膨脹材料，以此來有效控制熱失控傳播。

為了避免在相鄰電池間發(fā)生連鎖熱失控反應(yīng)，應(yīng)在電池間插入熱障材料。這種熱障材料主要由氮化硅、二氧化硅等導(dǎo)熱系數(shù)較小的物質(zhì)組成，具有良好的隔離保護作用，能夠?qū)﹄姵亻g的熱傳遞進行合理抑制。當然，電池熱失控的連鎖反應(yīng)也會隨之中斷。

2. 高效能的滅火藥劑

在對鋰離子電池采用的不同滅火介質(zhì)中，水是最便宜且應(yīng)用最為廣泛的滅火劑。但是，考慮到電池與水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的HF，這對人體是有害的。同時，還會造成電池外部短路，使鋰離子電池的熱失控進一步加劇。因此，在鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生了火災(zāi)后，水作為滅火藥劑必須謹慎使用，除非火災(zāi)通過其他措施不能有效控制住。目前，處置國內(nèi)外儲能電站火災(zāi)，主要使用以下幾種滅火系統(tǒng)：

七氟丙烷滅火系統(tǒng)：采取全淹沒式的滅火方式，其主要滅火藥劑為七氟丙烷。在鋰離子電池儲能系統(tǒng)火災(zāi)中，七氟丙烷具有一定的實際效果，但不具備滅火和降溫的雙重功能。

氣溶膠滅火系統(tǒng)：目前我國主要使用的是熱氣溶膠，該系統(tǒng)屬于全淹沒系統(tǒng)，在控制火源的情況下逐步全淹沒式滅火，使人員有足夠的時間進行疏散逃生，適用于相對封閉、空間較小的場所。同時，氣溶膠是以固態(tài)形式存放的，且自身又不具有揮發(fā)性，所以不會存在泄露等問題，具有較長的保存年限，對保護區(qū)的設(shè)施也能便于實時監(jiān)控。但目前不能用于管網(wǎng)輸送系統(tǒng)，而且滅火結(jié)束后清潔度不高，殘留物對精密儀器、電子設(shè)備會存在一定影響。

超細干粉滅火系統(tǒng)：超細干粉滅火系統(tǒng)由干粉滅火系統(tǒng)轉(zhuǎn)變而來，粉粒徑小、流動性好，能在空氣中懸浮一定的時間，適用于相對封閉的空間全淹沒自動滅火和開放場所局部保護自動滅火。同時，超細干粉自動滅火裝置安裝簡便，工程量小，無需穿墻打孔和安裝大量的管道及附屬設(shè)施。

氣液復(fù)合方式：該系統(tǒng)是代表未來的一種主流技術(shù)方向，同時具備降溫和滅火的功能，但目前該技術(shù)尚未成熟，還處于完善階段，尚未廣泛應(yīng)用。主要原理是使用全氟己酮滅火系統(tǒng)與細水霧滅火系統(tǒng)的聯(lián)合作用快速熄滅電池明火，并在滅火后細水霧能夠迅速對電池進行降溫，從而抑制電池復(fù)燃和熱失控傳播。

（三）技防

1、 建立鋰離子電池儲能系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用全流程機制

以電池材料作為切入點，針對性地開發(fā)出穩(wěn)定安全的高阻燃電解液、正負極材料，以便使儲能系統(tǒng)的安全性得以進一步提升。同時，在儲能電站建設(shè)上，應(yīng)從設(shè)備選型、設(shè)備抽檢、質(zhì)量驗收、檢修試驗等全過程質(zhì)量安全防控體系予以不斷完善，從而有效提升儲能電站的安全管理水平。

2. 推進儲能標準化體系建設(shè)工作

目前，鋰電池儲能系統(tǒng)在安全技術(shù)方面還沒有制定相關(guān)的技術(shù)準則。因此，在后期需要制定儲能電站安全技術(shù)導(dǎo)則、儲能電站安全設(shè)計規(guī)范以及儲能電站應(yīng)急預(yù)案等。

3. 應(yīng)用高精度預(yù)警裝置

在鋰離子電池發(fā)生發(fā)熱失控的過程中，通常會有異常情況產(chǎn)生。比如產(chǎn)生氣體、電流和電壓異常、溫度增高等。因此，可通過對多種先進技術(shù)及高新設(shè)備的充分應(yīng)用，來對這些特征信號進行捕捉以及相應(yīng)的測量，以便有效監(jiān)控初期的熱失控，從而盡可能避免儲能電站中火災(zāi)或爆炸事故的發(fā)生。在儲能電站中，常用的監(jiān)控和檢測手段有電池管理系統(tǒng)、電壓和溫度傳感器、超聲波檢測方法、電化學(xué)阻抗譜（EIS）法、氣體探測器等。

四、結(jié)語

總的來說，安全防護措施的制定與落實，對于儲能電站故障發(fā)生率的降低、設(shè)備運行的安全和穩(wěn)定、企業(yè)生產(chǎn)水平以及經(jīng)濟效益的提升來說，具有重大意義。因此，作為現(xiàn)代化企業(yè)，應(yīng)予以高度重視，并針對當前存在問題，結(jié)合相關(guān)技術(shù)要求，制定出切實可行的安全防護措施，全力落實下去，以此來為儲能電站系統(tǒng)的安全運行奠定良好的基礎(chǔ)。

原標題：儲能電站消防安全系統(tǒng)的早期預(yù)警