電池儲(chǔ)能電站安全問題分析與對策探討

江金道

（大連市消防救援支隊(duì)，遼寧 大連 116033）

應(yīng)用大容量的儲(chǔ)能技術(shù)能夠有效促進(jìn)新能源的消納，充分滿足電力系統(tǒng)的調(diào)頻、黑啟動(dòng)等應(yīng)用內(nèi)容的需求，有效減少了用戶用電所支出的成本，是促使我國進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)支持。電池儲(chǔ)能自身具有能量密度較大、選址限制較小的優(yōu)勢，是目前人們重點(diǎn)關(guān)注的大容量儲(chǔ)能技術(shù)之一。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全世界范圍內(nèi)已經(jīng)投入使用的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目已經(jīng)累計(jì)擁有了8.24GW的裝機(jī)規(guī)模，占整體儲(chǔ)能市場的5%。我國現(xiàn)如今投入使用的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模擁有1.6GW，在我國整體儲(chǔ)能市場中占據(jù)了4.9%。

在電池儲(chǔ)能電站不斷投入建設(shè)的背景下，其中的安全問題也因此出現(xiàn)。在不久之前，韓國的儲(chǔ)能行業(yè)就發(fā)生了多起嚴(yán)重的火災(zāi)，而我國儲(chǔ)能行業(yè)也出現(xiàn)過同樣的火災(zāi)情況。由此可見，對電池儲(chǔ)能電站的安全問題進(jìn)行深入研究使維持其穩(wěn)定健康運(yùn)行的重要保障。

一、電池儲(chǔ)能電站中主要存在的風(fēng)險(xiǎn)問題

1.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)問題

在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)中，不僅擁有傳統(tǒng)的變壓器以及電纜火災(zāi)問題，同時(shí)還包括電池火災(zāi)[1]。與液流和鉛酸等水系類型電池相比，有機(jī)鋰電池發(fā)生的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)更加突出，鋰電池在經(jīng)過長時(shí)間充放電以及短路等使用中，電池內(nèi)部的正負(fù)極會(huì)與電解液之間發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電池的散熱出現(xiàn)問題，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)事故。同時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，鋰電池起火的速度還特別快，經(jīng)過熱分解之后的產(chǎn)物蘊(yùn)含著很多有毒物質(zhì)，火災(zāi)撲滅十分困難。

除了鋰電池火災(zāi)事故之外，鈉硫電池的火災(zāi)安全隱患也非常大。在鈉硫電池使用過程中，如果陶瓷電解質(zhì)出現(xiàn)了故障問題，那么就會(huì)出現(xiàn)短路情況，這時(shí)液態(tài)的鈉和硫就會(huì)在高溫的環(huán)境中相融合，二者之間會(huì)發(fā)生十分強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)。此類型放熱反應(yīng)能夠在短時(shí)間內(nèi)釋放出將近2000℃的高溫，危險(xiǎn)性非常高。

2.爆炸風(fēng)險(xiǎn)問題

爆炸風(fēng)險(xiǎn)主要指的是電池爆炸和變電設(shè)備爆炸。一方面，電池爆炸是因?yàn)殇囯姵卦谑軣崾Э刂螅蜁?huì)產(chǎn)生大量的烷類氣體，如果電池儲(chǔ)能電站的裝置正好處于室內(nèi)環(huán)境中，那么當(dāng)可燃?xì)怏w到達(dá)一定的濃度時(shí)，如果遇到明火那么就會(huì)發(fā)生爆炸情況。除此之外，液流電池和鉛酸電池的水溶液在經(jīng)過電解后會(huì)發(fā)生十分嚴(yán)重的析氫爆炸事故。另一方面，變電設(shè)備發(fā)生爆炸的原因是因?yàn)椋绻儔浩髟陔姵貎?chǔ)能系統(tǒng)中歸屬于帶油設(shè)備，那么在變壓器的內(nèi)部就會(huì)發(fā)生電弧升溫現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重的燃燒或爆炸事故。

3.中毒風(fēng)險(xiǎn)問題

當(dāng)電池儲(chǔ)能電站中的電池在燃燒之后就會(huì)產(chǎn)生有毒的氣體和溶析之后產(chǎn)生的晶體。通常情況下鋰電池燃燒會(huì)釋放大量的氣體，這些氣體中主要包含著氫氣、甲烷等可燃性氣體，甚至還會(huì)出現(xiàn)有毒的氟化氫等氣體。當(dāng)人體吸入這些有毒氣體之后，會(huì)對呼吸道黏膜產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)潰瘍以及肺水腫的癥狀。此外，當(dāng)室內(nèi)溫度控制不良時(shí)，全釩液流電池也會(huì)發(fā)生溶析現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生三氧化二釩等鹽類物質(zhì)，其中所產(chǎn)生的晶體會(huì)對人體產(chǎn)生十分大的危害。很有可能會(huì)破壞呼吸系統(tǒng)和皮膚系統(tǒng)，更為嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)對腎臟造成威脅。

二、電池儲(chǔ)能電站安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施

1.火災(zāi)多維防控技術(shù)

為了能夠有效避免鋰電池發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，需要遵循從源頭到提前預(yù)警再到撲滅的多維角度來進(jìn)行防控研究。在源頭防范中需要重點(diǎn)分析導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的點(diǎn)火源、燃料等三大要素，對電極材料分解以及電解液易燃等情況進(jìn)行重點(diǎn)分析，重點(diǎn)研究SEI膜和難燃電解液等方面，從電池本身性質(zhì)上提高安全性。在提前預(yù)警方面，要全面分析電池溫度以及電壓電流等數(shù)據(jù)，應(yīng)用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)，來全方位探索電池火災(zāi)的關(guān)聯(lián)性特征，爭取遵循早發(fā)現(xiàn)、早處理的原則，避免火災(zāi)事故情節(jié)進(jìn)一步嚴(yán)重。而在最后的撲火方面，通過現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明七氟丙烷對于單體電池具有良好的滅火作用，如果在已經(jīng)發(fā)生了預(yù)制艙火災(zāi)事故，那么就需要用大量的水來進(jìn)行撲滅。

2.應(yīng)用分層聯(lián)動(dòng)應(yīng)急機(jī)制

為了有效減少電池儲(chǔ)能電站安全事故帶來的損失，必須要制定出分層聯(lián)動(dòng)應(yīng)急機(jī)制。在分層制定過程中，要根據(jù)不同類型的安全事故以及安全等級(jí)來制定出有針對性的事故應(yīng)急方案，加強(qiáng)方案的科學(xué)性，避免安全事故造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。在聯(lián)動(dòng)方面，如果一旦發(fā)生了火災(zāi)以及爆炸等極端危害，那么經(jīng)濟(jì)方面會(huì)遭受不可避免的損失，并且還會(huì)對自然環(huán)境造成污染，所以針對這種極端的安全事故，必須要聯(lián)合公安、消防、環(huán)保以及醫(yī)院等部門，共同合作來制定應(yīng)急預(yù)案，減少事故造成的環(huán)境污染和社會(huì)負(fù)面影響，對事故責(zé)任進(jìn)行追究，明確財(cái)產(chǎn)賠償工作。

3.制定出合理的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為了能夠使電池儲(chǔ)能電站建設(shè)發(fā)展更加穩(wěn)定，需要對一些領(lǐng)先地區(qū)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行充分借鑒，快速制定出相應(yīng)的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對電池儲(chǔ)能電站的設(shè)備要求和消防配置進(jìn)行明確。由于電池儲(chǔ)能電站的運(yùn)行特性與應(yīng)用環(huán)境等因素密切相關(guān)，所以在安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，必須要包括共性儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)，還要具備在不用場景下的個(gè)性儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

綜上所述，從電池儲(chǔ)能電站技術(shù)類型、應(yīng)用場景以及火災(zāi)事故等方面的分析中能夠得知，儲(chǔ)能電站在不斷發(fā)展應(yīng)用過程中，蘊(yùn)含的安全事故風(fēng)險(xiǎn)非常多，如果對這些風(fēng)險(xiǎn)沒有進(jìn)行有效防治，那么就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，對電池儲(chǔ)能電站的建設(shè)、自然環(huán)境以及人身健康安全都會(huì)造成影響。因此，在安全問題處理過程中，要做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，以提前預(yù)防為主，以此來促使電池儲(chǔ)能電站的健康穩(wěn)定發(fā)展。