儲能電站消防安全風險分析與防控

摘要：電化學儲能電站作為調節能源供需、提升電力系統穩定性的關鍵設施，在江蘇等地呈現出快速增長的態勢，與之相關的火災安全隱患問題也逐漸凸顯，給企業安全生產帶來了嚴峻挑戰。基于此，詳細分析了儲能電站的消防安全風險，通過構建“預防-監測-控制-撲救”一體化防控體系，從7個方面闡述了儲能電站消防安全風險防控策略，為儲能電站的安全設計、運營管理及標準制定提供參考。

關鍵詞：儲能電站；鋰離子電池；熱失控；消防安全；滅火技術

中圖分類號：D035.36" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）03-0092-03

近年來，全球能源結構加速向可再生能源轉型，電化學儲能電站作為調節能源供需、提升電力系統穩定性的關鍵設施，在江蘇等地呈現出爆發式增長態勢。然而，伴隨儲能電站數量的增多以及規模的擴張，其火災安全隱患問題也逐漸凸顯，給企業安全生產帶來了一定挑戰。深入剖析儲能電站消防安全風險，構建科學有效的防控體系，對保障能源系統安全運行、推動儲能行業可持續發展具有重要意義。

1 儲能電站的消防安全風險

1.1" 電池引發火災風險

當前，鋰離子電池（尤其是磷酸鐵鋰電池）憑借其高能量密度、長循環壽命等優勢，成為儲能電站的主流選擇。然而，即便磷酸鐵鋰電池相對穩定，在面對過充、短路、機械損傷或高溫環境（特別是夏季高溫時段，部分地區室外溫度可達40℃以上），儲能電站若散熱不佳，電池工作環境溫度極易突破安全閾值，內部會觸發一系列復雜的連鎖放熱反應。以過充為例，當充電電壓超過電池額定電壓，正極材料晶格結構會發生不可逆變化，導致大量Li+嵌入負極，造成負極鋰枝晶生長。鋰枝晶一旦刺穿隔膜，便會引發正負極短路，瞬間釋放出巨大能量，促使電池內部溫度急劇攀升。在高溫作用下，電池內部的電解液（通常為碳酸酯類有機溶劑）會發生分解，釋放出H2、CO、CH4等可燃氣體。這些可燃氣體與空氣混合后，一旦遇到火源，如電池內部短路產生的電火花，便會引發劇烈燃燒，進而導致火災。

1.2" 電氣設備故障引發火災

PCS（變流器）作為儲能電站實現交直流轉換的核心設備，運行過程中會產生大量熱量。若散熱系統設計不合理，或長期運行后散熱部件積塵嚴重，導致散熱效率下降，PCS內部功率器件溫度將持續升高，當超過器件耐受溫度時，會發生熱擊穿，產生電火花，引燃周邊絕緣材料及可燃氣體。BMS（電池管理系統）負責監測電池狀態、均衡電池電壓、控制充放電過程，對電池安全運行至關重要。一旦BMS失效，無法準確監測電池電壓、電流、溫度等參數，便可能導致電池過充、過放，引發電池熱失控，進而引發火災。此外，電纜作為電能傳輸的載體，若選型不當、長期過載運行或受到外力擠壓、腐蝕，會導致電纜絕緣層老化、破損，引發短路，產生高溫與電火花，進而引發火災。

1.3" 散熱與布局問題

儲能電站內部設備布置需充分考慮散熱需求。實際工程中，部分儲能電站為追求空間利用率，設備布置過于緊湊，導致空氣流通不暢，熱量無法及時散發，在局部區域積聚。以電池模組為例，模組間距離過小，會阻礙自然對流散熱，模組內部產生的熱量難以排出，使電池工作溫度升高。同時，Pack/集裝箱作為電池的封裝載體，若設計不合理，如通風口位置不當、數量不足，會導致內部熱堆積嚴重。水冷機長期運行一旦供水壓力或流量不足也會導致系統過熱。特別是在夏季高溫時段，熱堆積效應加劇，電池溫度持續上升，會加速電池老化，增加熱失控及火災風險。

1.4" 防火間距不足

儲能電站多選址于紡織廠、電子材料廠等丙類工業廠區。這些廠區本身可燃物品堆積如山，從紡織原料到電子元器件生產過程中的有機溶劑，均為易燃物，火災荷載非常大。儲能電站與周圍可燃物堆場及廠房倉庫的防火間距是保障消防安全的重要防線。然而，在現實中，由于廠區規劃不合理、土地資源稀缺等原因，防火間距不足的問題時有發生。當周圍可燃物堆場發生火災時，熱輻射、飛火等因素可能引燃儲能電站；反之，儲能電站起火后，火焰與高溫也會迅速波及周邊廠房倉庫，擴大火災范圍，造成更為嚴重的損失。

2 火災發展機理

電池在正常充放電過程中，會發生一系列電化學反應，不可避免地產生CO、H2、HF等氣體。這些氣體在電池內部少量積聚時，一般不會引發安全問題。但當系統局部過熱，如電池內部短路、散熱不良導致溫度超過150℃時，電池材料的熱穩定性被破壞，就會觸發熱失控反應[1]。當電池受到外部力量的碰撞、擠壓、針刺等，導致電池結構破壞，引發內部電路短路，或者電池的過充、過放等導致大電流超過電池承受能力，以及電池受到超過安全閾值的加熱，如冷卻系統失效、相鄰設備引起過熱等，會觸發鋰電池熱失控鏈式反應。

首先，固態電解質界面膜（SEI膜）分解。當電池溫度升高到一定程度（通常在90℃左右），負極表面的SEI膜開始分解，使負極以及負極內包含的嵌鋰碳成分直接暴露在電解液里。SEI膜分解后，電池內部溫度進一步升高，引發電解液的還原/氧化反應，產生氣體并釋放熱量，加速電池溫度的上升。

其次，當溫度達到150～160℃時，隔膜開始收縮和熔化，一旦隔膜熔化，正負極就會直接連通，造成內部短路，電池溫度繼續升高，負極的活性鋰會與電解液反應并產生巨大的熱量。同時，對于某些正極材料（如磷酸鐵鋰），高溫會觸發正極釋放氧氣并與電解液發生反應，進一步釋放熱量。

最后，連鎖反應會導致電池內部的溫度急劇上升，形成惡性循環。在鋰電池熱失控的過程中，電解液的分解會產生氧氣和高度可燃的氣體，導致電池內部的壓力迅速增加。如果電池外殼受損或壓力不斷增加，可能導致電池外殼破裂，釋放出高溫的火焰和有害氣體，引發火災和爆炸。

電池著火后，由于內部電化學反應持續進行，普通滅火手段，如干粉滅火器、水基滅火器，只能撲滅表面火焰，難以深入電池內部阻斷電化學反應，復燃風險極高。同時，燃燒過程中會釋放大量有毒氣體，如HF具有強腐蝕性，CO會導致人體中毒窒息，對現場救援人員和周邊環境構成嚴重威脅。

3 消防安全風險防控策略

3.1" 儲能電站設置

儲能電站不建議設置在室內，如果設置在室內，室內應通風良好，頂部應平整不應有可燃氣體存留。與周圍廠房、倉庫、可燃物品的堆垛保持安全距離，儲能電站附近不應有壓力容器和甲乙類管道穿過。防火間距不足時，采用耐火極限不低于3.00h防火墻分隔，防火墻應高于儲能裝置1m。

3.2" 電池質量把控

儲能電站的電池應嚴格選用具備良好信譽、先進生產工藝的正規廠家產品，并確保每批次電池均附帶完整的出廠合格檢驗報告。檢驗報告應涵蓋電池容量、充放電性能、熱穩定性、安全性等多維度檢測數據。同時，行業應加快完善電池生產標準建設，從原材料采購、生產工藝控制、質量檢測等全流程，制定更為嚴格、細致的標準規范。例如，在原材料環節，對正負極材料、電解液純度與雜質含量設定更高標準；在生產工藝上，規范電極涂覆、卷繞、封裝等關鍵工序參數，確保電池質量一致性與穩定性，從源頭降低火災風險。

3.3" 多參數融合預警監測系統應用

傳統煙感/溫感探測器在儲能電站火災探測中存在明顯延遲性。具體而言，煙感探測器主要通過檢測煙霧濃度觸發報警，然而，儲能電站火災初期產生的煙霧可能被通風系統稀釋，難以在短時間內達到煙感探測器的報警閾值。溫感探測器則依靠感知環境溫度變化報警，由于電池熱失控初期熱量集中在電池內部，外部環境溫度上升緩慢，溫感探測器無法及時響應。為彌補傳統探測技術的不足，視頻監控、遠紅外溫度探測等多參數融合預警系統應運而生。視頻監控可實時監測儲能電站內部設備外觀變化，如電池模組是否冒煙、變形，設備是否有明火出現。遠紅外溫度探測技術則能精準捕捉電池表面及關鍵部位的溫度異常升高，通過算法對多源數據進行分析處理，提前預判火災風險，將報警時間大幅縮短至數十秒，為火災撲救爭取寶貴時間。

3.4" 模塊化分區與熱管理優化

采用模塊化分區隔離設計理念，將儲能電站劃分為多個相對獨立的電池倉。每個電池倉設置相對獨立的防火措施，有效阻斷火災蔓延路徑。在熱管理系統優化方面，一方面，優化電池模組內部結構，增加散熱通道，采用高效散熱材料，如石墨散熱片，提高電池模組自身散熱能力；另一方面，完善儲能電站整體通風散熱系統，根據電池倉布局與設備發熱量，合理設置通風口位置與數量，安裝智能通風控制設備，根據環境溫度與電池溫度實時調節通風量，確保電池工作在適宜溫度區間，降低熱失控風險。

3.5" 滅火系統改進

七氟丙烷、全氟己酮等氣體滅火劑具有滅火效率高、清潔無污染、對設備損害小等優點，在儲能電站滅火中得到廣泛應用。這些氣體滅火劑能迅速降低燃燒區域的氧氣濃度，抑制燃燒反應。同時，配合消火栓噴灑水霧冷卻，可有效降低設備溫度，防止火災蔓延。消火栓水壓需嚴格控制，確保水霧水槍能充分霧化，形成細密水霧，均勻覆蓋設備表面，增強冷卻效果。此外，增設高壓水噴霧系統，其高壓作用下形成的微小水霧顆粒，蒸發吸熱能力更強，可在短時間內大幅降低火場溫度，提高滅火效能。

創新研發滅火系統的組合應用模式，例如，氣溶膠滅火與水噴淋自動啟動相結合的滅火系統。氣溶膠滅火劑在火災發生時，能迅速生成固體微粒，通過化學抑制、冷卻、窒息等多重作用滅火，滅火速度快、效率高。水噴淋系統則在氣溶膠滅火后，持續噴水冷卻，防止復燃。針對每個電池組，配備獨立的靶向精準滅火裝置，如微型干粉滅火彈、細水霧噴頭，根據電池組位置與特性，精確布置滅火設備，確保在火災初期，能夠迅速、準確地對起火電池組實施滅火，提高滅火效果[2]。

3.6" 智慧消防技術應用

借助智慧消防技術，構建儲能電站消防安全大數據平臺。通過在電池、電氣設備、消防設施等關鍵部位安裝傳感器，實時采集電池內阻、溫度、電壓、電流等運行參數，以及消防設施狀態數據。利用大數據分析算法，對這些數據進行深度挖掘與分析，建立火災風險預測模型。當監測數據出現異常趨勢，如電池內阻在短時間內急劇增大、溫度持續上升且超出正常波動范圍時，系統自動發出預警，提示運維人員及時排查處理，實現早期火災隱患的精準識別與防控。

3.7" 制定與完善相應行業標準規范

現行消防安全標準在電池管理、火災預防及撲救等方面尚有完善空間。例如，針對不同類型電池的熱失控特性及相應的防火措施，現行標準尚未形成細致、全面的規范要求；在火災撲救方面，針對儲能電站復雜的火災場景，標準中滅火系統的選型與配置指導不夠精準，這在一定程度上影響了實際工程中滅火系統效能的充分發揮。鑒于此，有必要結合行業現狀與技術發展，對現有標準進行系統性的修訂與補充，以構建更加科學、完善的消防安全規范體系。

4 結束語

綜上所述，本文通過對儲能電站消防安全風險及火災發展機理的深入剖析，明確了儲能電站面臨的嚴峻消防安全挑戰，并針對性提出了多層級防控策略，旨在構建一套系統、全面的儲能電站消防安全保障體系，有效降低火災風險，保障其安全穩定運行。

參考文獻

[1]李正力，李肖輝，王京，等.鋰離子電池儲能電站熱失控預警與防護研究進展[J].高壓電器，2024，60（1）：87-99.

[2]蔡晶菁.鋰離子電池儲能電站火災防控技術研究綜述[J].消防科學與技術，2022，41（4）：472-477.