探析鋰離子電池電力儲能系統的消防安全管理
——以東莞為例

東莞市消防救援支隊 陳全

近些年來，隨著我國全面推進實施“雙碳”戰略目標，新能源產業不斷發展壯大，尤其是太陽能、風能等可再生的清潔能源受到了社會前所未有的關注和廣泛應用，但是其在利用過程中存在一定的局限性，比如波動性較大，間歇性較強，難以連續穩定提供能量輸出，這些問題都會降低電力系統運行的安全性、持續性、可靠性。從時間、空間上將發電和用電分開，是有效利用可再生清潔能源的關鍵，因此大力發展儲能技術至關重要，當前常見的儲能技術包括抽水蓄能、蓄電池還包括超導儲能等不同的形式。目前我國已經投入運行的儲能項目規模超過了35GW，占全球市場規模的20%左右，在各種類型電化學能儲能技術中，鋰離子電池的儲能規模比重最大，增長速度最快。

一、東莞市鋰離子電池電力儲能項目概況

東莞市目前鋰離子電池電力儲能項目主要有12個，具體位置、場景和規模如表1所示。由于鋰離子電池電力儲能項目多采用集裝箱式預制倉儲能，一般是梯次利用的退役電池，具有較為穩定的化學性質，火災風險較低。而生產、儲存領域的鋰離子電池由于是梯次利用的上游，電池的化學活性較高，因此火災危險性也較高，“十三五”期間（2016-2020年）因鋰離子電池火災造成人員傷亡的有3起，占亡人火災起數13%，造成6人死亡，占死亡人數13.6%，1人受傷，占受傷人數7.7%。

表1 東莞市鋰離子電池電力儲能項目一覽表

二、鋰離子電池電力儲能系統主要安全風險

由于工業用電夜間費用較低，因此電池儲能電站一般是夜間充電、日間放電，因此安全事故一般發生在夜間，安全風險因素主要包括爆炸、火災、中毒、觸電、灼傷等。其中，火災風險尤為突出。從安全系統工程學[1]分析，在當前鋰離子電池電力系統應用前景廣泛、建設量大、潛在風險性高的背景下，可以結合前期已發生的事故案例，采用預先危險性分析對鋰離子電池電力系統存在的安全風險進行解剖，從而指導既有系統的完善和新系統的建設。

預先危險性分析[1]主要是在新建鋰離子電池電力系統設計、選址以及已有系統改造設計階段，通過總結以往事故教訓和風險點，分析、辨識已有或潛在的消防安全事故隱患，在投入使用前或者運行過程中盡早發現，及時采取整改、消除或控制事故隱患。這種分析的特點在于系統初期就可以識別、控制不安全因素，制定全生命周期安全事故防范管理操作規程，盡早、低成本地消除系統中存在的不穩定因素，有效防范各類安全風險。

三、鋰離子電池電力儲能系統消防安全管理體系構建

（一）構建完善的標準規范體系

國際上不同的標準化組織已制定了儲能相關標準。我國從2011年開始陸續開展了電力儲能技術標準的編制，2014年，電力儲能標準化技術委員會（SAC/TC550）成立，初步建立了儲能技術標準體系。但是當前，我國儲能系統消防安全隱患治理和監管仍然存在一些亟須解決的問題：一是已投運儲能系統消防安全隱患突出；二是梯次利用電池儲能電站、預制艙式儲能裝置及其他新型儲能技術等快速發展、大量建設，梯次利用電池老化、儲能裝置建造布局不合理等問題普遍存在。因此，在消防安全方面，儲能系統要在系統組件、系統整體、系統安裝和系統建造等四個方面建設明確的標準，其中儲能系統建造環境方面，特別是要明確其建筑火災危險等級，建筑防火間距、消防安全總平面布局、防火分區、建筑構件燃燒性能和耐火極限，建筑防爆以及建筑消防設施配置等標準。

（二）采用安全檢查表法進行常態化消防安全檢查評估

從鋰離子電池電力儲能系統預先危險性分析可知（表2），鋰離子電池電力儲能系統主要涉及5個方面的不安全因素，圍繞這5個因素，參照建筑物火災風險評估的方法，制定消防安全檢查表[1]，可供單位消防安全管理人以及消防救援機構的消防監督員對儲能系統進行初步檢查和評分，通過定期日常檢查及時發現不安全狀態和行為，對于分數低于30分的（滿分50分），初步判定為具有較大火災危險性，可以作為啟動專家評估、責令整改的判定依據，通過強制措施有效消除事故隱患，防止傷亡事故發生，具體如表3所示。

表2 鋰離子電池電力儲能系統預先危險性分析表

表3 鋰離子電池電力系統安全檢查表

（三）加強鋰離子電池火災撲救技戰術研究

一是選用水作為滅火劑。鋰離子電池的自身屬性和燃燒特性是導致這類火災容易快速擴大和難以撲救的主要因素，目前國內外對鋰離子電池火災的研究已經取得了不錯的進展，德國機動監督協會研究表明：運用水作為滅火劑可以成功撲滅鋰離子電池火災，但是需要采取浸泡方式，耗水量較大，且操作難度大。水中添加F500和Firesor能夠大幅壓縮火災撲救時間，滅火效能大幅提高，且能有效降低耗水量。美國聯邦航空管理局研究認為：阻斷鋰離子電池火災最重要的因素是滅火劑的降溫效能，水基型滅火劑能夠有助于快速降溫對鋰離子電池火災產生有效抑制作用。采用氣體和干粉類滅火劑撲救后存在一定復燃的風險，撲救鋰離子電池火災效果較差。中國科學技術大學經過研究對比，采用CO2類滅火劑撲救鋰離子電池火災效果不佳，采用細水霧和HFC-227的撲救效果較好。目前普遍認為，在鋰離子電池火災撲救過程中，細水霧是效果最佳、最經濟實用的滅火劑，且滿足一定條件也不存在觸電危險。

二是堅持“滅明火—設隔離—降溫度”的滅火原則。通過對大量鋰離子電池火災撲救過程分析可知，鋰離子電池火災屬于被動預混氣體火災，火災發生起始階段火焰強度最高，起火的部位大多數是在密閉有限空間之內，經過長時間的升溫可能會使內部氣體壓力升高，分解產生的可燃氣體與氧氣混合產生爆炸性混合氣體，當混合氣體濃度達到爆炸極限，或者氣壓上升到一定閾值，引發連續性的爆炸。根據該類型火災發展特征，救援人員可以采用降溫性滅火劑持續對著火鋰離子電池進行降溫，并在有效的時間之內，在未引燃的鋰離子電池設置隔離帶，快速疏散人員和物資。比如可以使用大量沙子覆蓋著火的鋰離子電池進行隔離，控制火災蔓延，降低火災影響范圍。最后，通過細水霧或者大量的水進行浸泡降溫，可達到快速撲滅火災的效果。

三是建立電池儲能電站分層聯動應急機制。政府有關部門和企業需要分別制定儲能電站分層聯動機制。分層上，針對火災、爆炸、中毒、觸電、灼傷等各類型安全事故，依據事故特性，將事故各劃分為四級[2]，企業要有針對性地制定各等級事故應急處置預案，明確人員分工和職責，建立企業微型消防站，組建安全事故技術處置隊，配備各類必要的救援器材、裝備、物資，提升自防自救能力。鑒于鋰離子電池火災燃燒猛烈、火情發展快速、煙霧毒性大等特點，一旦發生火災、爆炸事故將對企業以及周邊群眾的生命財產安全構成嚴重威脅，影響電力供應和污染自然環境，應急、住建、電力、公安、消防、環保、醫療、宣傳等部門要制定聯動應急處置預案，加強力量調度，發揮部門合力，提升救援效能，防止出現環境污染和影響社會穩定的安全事故。救援結束后，盡快組織開展事故調查，全面查明事故起因和性質，倒查有關單位和人員責任，做好財產損失賠償等善后工作。吸取事故教訓，逐步完善鋰離子電池消防安全事故防范措施和機制，全力預防同類安全事故發生。

四、結語

綜上所述，鋰離子電池儲能系統消防安全需要引起足夠的重視，并進一步加強研究和探討。政府監管部門和企業要了解掌握鋰離子電池儲能系統的安全特性和風險點，建立較為完善的安全管理操作規程，采用安全檢查表的方式展開常態化監督檢查和安全評估，構建鋰離子電池電力儲能系統消防安全管理體系，采取科學、高效的戰術撲救處置鋰離子電池火災事故，最大限度減少生命財產損失。