本文對(duì)全球儲(chǔ)能項(xiàng)目主要火災(zāi)或爆炸事故的公開信息進(jìn)行整理，匯總了近10年間發(fā)生事故的儲(chǔ)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(xiàn)“韓國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能電站安全事故的分析及思考”，給出了儲(chǔ)能電站發(fā)生安全事故的基本原因以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)；并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)公開信息，搜集了美國(guó)發(fā)生人身傷亡事故的儲(chǔ)能電站爆炸事件的原因及整改措施。

一、儲(chǔ)能電站主要安全事故統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)行業(yè)公開信息進(jìn)行搜集整理，匯總了2011-2021年間，全球儲(chǔ)能項(xiàng)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(jì)，近10年間，全球共發(fā)生32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故。其中，日本1起、美國(guó)2起、比利時(shí)1起、中國(guó)3起、韓國(guó)24起。

32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故共有以下幾個(gè)特征：一是25起事故采用三元鋰離子電池；二是韓國(guó)儲(chǔ)能電站起火爆炸事故占24起，這與韓國(guó)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(chǔ)能項(xiàng)目占30起；四是儲(chǔ)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(chǔ)能電站事故造成人員傷亡的主要有兩起：一起是美國(guó)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(chǔ)能項(xiàng)目（三元鋰電池）爆炸，造成8名消防隊(duì)員受傷。另外一起就是4月16日北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充技術(shù)有限公司儲(chǔ)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(lái)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(xiàng)目，具體原因并未披露。另外一起就是4月16日北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充技術(shù)有限公司儲(chǔ)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(guó)儲(chǔ)能電站起火事故和美國(guó)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(chǔ)能項(xiàng)目（三元鋰電池）爆炸，雖然沒(méi)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(diǎn)：一是儲(chǔ)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(shí)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(guò)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(chǔ)能電站起火后，采用七氟丙烷等氣體滅火裝置，是通過(guò)隔絕氧氣來(lái)實(shí)現(xiàn)滅火，但無(wú)法使電池降溫，一旦有外部氧氣進(jìn)入，就易引起電池復(fù)燃，且電池燃燒過(guò)程中會(huì)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(guó)儲(chǔ)能電站事故原因分析及啟示

3.1事故原因

韓國(guó)儲(chǔ)能電站主要采用三星和LG的三元鋰電池，該電池體系熔點(diǎn)為200℃，儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)單簇為400kW/1600kWh，4簇并聯(lián)。儲(chǔ)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(shí)電池電壓較高，電池活性較大。充電結(jié)束休止過(guò)程中，并聯(lián)電池簇間形成環(huán)流，導(dǎo)致電芯處于過(guò)充狀態(tài)，電壓升高形成內(nèi)短路，造成火災(zāi)事故。

文獻(xiàn)“韓國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能電站安全事故的分析及思考”結(jié)合韓國(guó)儲(chǔ)能事故調(diào)查，將儲(chǔ)能電站事故致因總結(jié)為以下四個(gè)方面：電池系統(tǒng)缺陷、應(yīng)對(duì)電氣故障的保護(hù)系統(tǒng)不周、運(yùn)營(yíng)環(huán)境管理不足、儲(chǔ)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(lái)源主要包括電池制造過(guò)程的瑕疵以及電池老化帶來(lái)的儲(chǔ)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(wèn)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(guò)程。

（3）運(yùn)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(guò)初始電熱管理設(shè)計(jì)、BMS/PCS/EMS以及空調(diào)系統(tǒng)等管控來(lái)維持合理的運(yùn)行環(huán)境。運(yùn)行環(huán)境管理不善將逐漸影響電池及系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)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(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)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(duì)電池系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，對(duì)保障電池安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行有重要意義。

3.2經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

結(jié)合韓國(guó)儲(chǔ)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(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性管理做出以下經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

（1）電池本體因素仍然是儲(chǔ)能系統(tǒng)安全的核心，受現(xiàn)階段管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管控可靠性限制，對(duì)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(yùn)行環(huán)境因素的長(zhǎng)期演化將可能造成腐蝕性的絕緣部件損壞，需要強(qiáng)化絕緣檢測(cè)并進(jìn)行定期維護(hù)檢查，同時(shí)需要強(qiáng)化漏電斷路裝置、過(guò)電壓保護(hù)裝置、過(guò)電流保護(hù)裝置等電氣沖擊保護(hù)裝置的可靠性。

（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)配置足夠強(qiáng)度和靈活性的主動(dòng)熱管理系統(tǒng)是非常必要的。

（4）電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系有待進(jìn)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(diǎn)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(chǔ)能系統(tǒng)的安全事故。欲達(dá)成鋰電儲(chǔ)能電站“零事故”絕對(duì)安全的目標(biāo)，需要改變思路，從電池安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)著手，針對(duì)電池本體及運(yùn)行條件等多因素耦合作用的長(zhǎng)期演化特性，研發(fā)電池安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)。

四、美國(guó)APS儲(chǔ)能電站事故原因分析報(bào)道及整改建議和措施

2019年4月19日，美國(guó)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(chǔ)能項(xiàng)目，由于2.16兆瓦時(shí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生連續(xù)熱失控，一名職業(yè)消防隊(duì)長(zhǎng)，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(guò)程描述

儲(chǔ)能系統(tǒng)煙霧探測(cè)發(fā)出警報(bào)，并排放滅火劑。

儲(chǔ)能系統(tǒng)中的煙霧探測(cè)器在大約16:55時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，并排放了全淹式滅火劑（Novec1230）。

消防員是危險(xiǎn)材料處置小組成員（HAZMAT），HAZMAT團(tuán)隊(duì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)附近定義了應(yīng)急危險(xiǎn)區(qū)，并進(jìn)入該區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)和火情診斷。

受傷的消防員是一支危險(xiǎn)材料處置小組（HAZMAT）的成員，該小組于大約在18:28時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。注意到從建筑物和附近的組件中散發(fā)出來(lái)并在沙漠中漂移的低層白云。該團(tuán)隊(duì)定義了一個(gè)熱區(qū)（應(yīng)急危險(xiǎn)區(qū)），并多次進(jìn)入該熱區(qū)，以使用多通道氣體濃度測(cè)量表、比色管（colorimetrictubes）和熱像儀（TIC）在儲(chǔ)能系統(tǒng)周圍進(jìn)行360度的火情診斷評(píng)估（size-up）。該小組在每次進(jìn)入過(guò)程中都檢測(cè)到危險(xiǎn)的氰化氫（HCN）和一氧化碳（CO）升高。該團(tuán)隊(duì)持續(xù)監(jiān)視儲(chǔ)能系統(tǒng)，并注意到大約在19:50時(shí)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(dòng)計(jì)劃，HAZMAT小組監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)附近的HCN和CO濃度低于可接受的閾值，打開儲(chǔ)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(dòng)計(jì)劃，其中包括一群高級(jí)消防指揮官的意見，以及擁有和設(shè)計(jì)和維護(hù)儲(chǔ)能公司代表所提供的關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的信息。HAZMAT小組最后進(jìn)入了熱區(qū)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)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(dòng)計(jì)劃后，團(tuán)隊(duì)在大約20:01小時(shí)打開了儲(chǔ)能系統(tǒng)的大門。消防員在大約20:04時(shí)在熱區(qū)外觀察到爆燃事件。所有HAZMAT團(tuán)隊(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)已在按照之前發(fā)布的《有關(guān)儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝的當(dāng)前共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)NFPA855》的第一稿進(jìn)行了調(diào)試；儲(chǔ)能系統(tǒng)在設(shè)計(jì)符合調(diào)試時(shí)符合有效的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

4.2事故報(bào)告將該事件分為五個(gè)關(guān)鍵步驟

（1）事故原因可能是是一個(gè)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(shì)蔓延到鄰近的電芯時(shí)，氣溶膠滅火劑無(wú)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(shì)從一個(gè)電芯迅速蔓延到另一個(gè)電芯，沒(méi)有任何物理屏障來(lái)防止火勢(shì)蔓延。

（4）隨著數(shù)百個(gè)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(méi)有傳感器來(lái)計(jì)算氣體的積累。

（5）由于缺乏氣體監(jiān)測(cè)遙感系統(tǒng)，并且消防員對(duì)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(dòng)。

（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(jìn)入艙內(nèi)時(shí)，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(duì)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行物理改變以消除氣體積聚的情況，以及改變對(duì)安全人員處理儲(chǔ)能站緊急情況的培訓(xùn)。①APS將在儲(chǔ)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(xiǎn)氣體釋放時(shí)，操作人員可以通過(guò)氣體識(shí)別和通風(fēng)將其沖洗出去，而避免風(fēng)險(xiǎn)。②其他升級(jí)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(wú)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(duì)當(dāng)?shù)氐陌踩藛T進(jìn)行了培訓(xùn)。

為確保使用鋰離子電池儲(chǔ)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(jì)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(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性；鋰離子電池?zé)崾Э兀魵庠菩纬珊蛿U(kuò)散過(guò)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(dòng)力學(xué)；應(yīng)該進(jìn)行包括全面測(cè)試的研究，以了解響應(yīng)鋰離子電池儲(chǔ)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(guò)全面的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(xiǎn)區(qū)的外部。

（3）應(yīng)開發(fā)一種在線教育工具，以擴(kuò)散有關(guān)鋰離子電池儲(chǔ)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(shí)。

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

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

（6）儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有者和經(jīng)營(yíng)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(dòng)計(jì)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(chǔ)能系統(tǒng)安裝中均應(yīng)使用標(biāo)識(shí)儲(chǔ)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(xiǎn)。

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

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

（10）應(yīng)開展著眼于儲(chǔ)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(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)的快速增長(zhǎng)，安全問(wèn)題也日益突出，特別是起火事件受到社會(huì)各界高度關(guān)注。儲(chǔ)能還處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期階段，對(duì)于新事物的認(rèn)知，大眾普遍會(huì)有放大例如意識(shí)，韓國(guó)一時(shí)在政策激勵(lì)之下，儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，隨之在系統(tǒng)集成、施工運(yùn)維等方面產(chǎn)生重大安全隱患，2019年美國(guó)APS公司在亞利桑那州皮奧里亞部署的電池儲(chǔ)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(lái)的事故隱患，舉一反三，認(rèn)真做好儲(chǔ)能項(xiàng)目的安全保障工作。