摘要：通过分析储能电站的现状和发展趋势，对于储能电站火灾防范和火灾扑救提出思考。

关键词：储能电站  发展趋势 火灾防范 火灾扑救

近年来，储能电站作为发展较快的新能源技术之一，有灵活调节的显著优势，有效满足了电力系统的新能源大规模接入需求。截至2020年底，全球已投运储能项目累计装机规模达到191.1GW。我国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，同比增长9.8%。电化学储能电站的技术优势较为明显，在电力系统中被广泛应用，包括发电、辅助服务、输配电、可再生能源接入、分布式能源存储及终端用户等多个领域，国家层面政策推动储能技术也已从研发示范向大规模应用发展转变。新型储能在推动能源领域“碳达峰、碳中和”过程中发挥显著作用。

一、肇庆市储能电站现状

目前，我市有一座储能电站，即国电肇庆热电有限公司使用的集装箱储能系统。同时，宁德时代、小鹏汽车等多家企业也计划在我市建设储能电站。

（一）国电肇庆热电有限公司储能电站基本情况

1.项目概况。国电肇庆热电有限公司位于广东省肇庆高新技术产业开发区东北部、北江江堤内侧，运营2台35万千瓦国产超临界燃煤热电联产机组，电厂以220千伏电压等级接入系统。该项目配置一套万克能源科技有限公司生产的10MW/5.6MWh集装箱储能系统，储能系统主要由4套1.4MWh磷酸铁锂电池系统、4套2.5MW储能变流器系统及相关配电设施组成。

2.电池系统。项目总容量为5.6MWh，由4台45尺电池系统组成，每台电池系统内的2个单元电池系统构成一个电池系统，每个电池系统由2个单元电池系统组成，每个单元电池系统由9组电池簇构成。

3.电池管理系统（BMS）。电池管理系统架构设计以高电压隔离、高精度采集、实时性传输、可靠性监测、安全性保护控制以及集成方便、扩容简单为原则，分三层控制架构设计，包括电池管理单元（BMU）、电池集中管理单元（BCMS）和电池簇集中控制器（BAMS）。

4.消防设施。电池集装箱内消防设施配置主要包含火灾自动报警系统和管网式全自动七氟丙烷消防系统。电池系统中配置了热管理分系统，使电池工作在最优温度范围之内，既能够保证电池安全性，又能够使电池容量、功率、循环寿命等发挥出最优性能。

（二）电化学储能特点分析

电化学储能主要包括锂离子电池、铅酸电池、液流电池、钠硫电池等，前三种是目前较为常用的规模化储能电池。锂离子电池作为一种高性能二次绿色电池，具有高电压、高能量密度（包括体积能量、质量比能量）、低自放电率、使用温度范围广、循环寿命长、环保、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点。

二、肇庆市电化学储能电站发展趋势

随着储能技术与应用策略的成熟，标准与规范的制定，成本下降与规模化生产、储能应用市场与价格机制建立都将保障储能成为我国实现能源结构向低碳化转型的坚实支撑。省提出的重点打造十大战略性支柱产业集群、十大战略性新兴产业集群，都明确把肇庆列入新能源汽车等产业集群主体城市、配套城市。

（一）能源发展规划对储能电站的需求

1.新能源产业发展需求。肇庆是大湾区土地面积最大的城市，在交通区位、生态环境、土地空间、产业后发、营商环境等方面具有独特优势，新能源汽车及汽车零部件产业是肇庆“4+4”产业体系的重中之重。目前，肇庆市拥有汽车制造及汽车零部件规上企业64家，其中包括国内造车新势力头部企业小鹏汽车在内的整车生产企业5家，全市已经初步形成覆盖整车和电池、电机、轮胎、中控、传感、照明等产业链条。宁德时代在肇庆首期投资120亿元，拟建设国际一流、世界领先的锂电池生产基地，构建包含动力电池电芯、锂电材料、储能应用、电池回收、新能源汽车、驱动电机及电控等领域的新能源产业链。

2.发电和输配电辅助服务需求。随着储能技术和分布式综合供能技术日趋成熟，灵活性逐步成为制约电力系统经济安全运行的关键。电化学储能电站能满足电力系统不确定因素带来的调节压力和保障清洁能源消纳利用的需求。除国电肇庆热电有限公司外，肇庆市现有中电四会热电有限责任公司（2×40万千瓦）、广东大唐国际肇庆热电有限责任公司（2×42万千瓦）两大天然气发电厂。“十四五”期间，肇庆市将建成粤港澳大湾区能源基地和肇庆新区能源产业基地两大能源基地。

3.可再生能源接入需求。得益于电化学储能电站的诸多优点，电化学储能电站在风光水火储一体化中将发挥重要作用。“十四五”期间，肇庆将开发德庆县莫村风电场等21个集中式陆上风电，到2025年全市风电装机规模约79万千瓦。太阳能光伏发电方面，重点推动广宁县光伏发电场等35个光伏发电项目，到2025年全市太阳能光伏发电装机规模约52万千瓦。抽水蓄能电站方面，稳步推进广宁县浪江抽水蓄能电站项目开工建设和封开县谠山抽水蓄能电站项目前期工作。

4.分布式能源存储及终端应用。肇庆大力推进新能源交通服务网络，电动汽车智慧充电桩建设方面，主要依托公交首末站场及夜间回车场建设公交充电站;在车流大、路网密的片区就近布点社会公共充电站;在住宅小区、各单位办公场所和社会公共停车场合理分散建设社会乘用车慢充充电桩，建立可转移负荷有序充电、V2G、充放储一体化运营体系。

（二）储能电站的火灾危险性

随着储能电站项目的建设和应用，其火灾危险性也逐渐显现，近年来，储能电站火灾爆炸事故屡见不鲜。2021年4月16日，北京国轩福威斯公司一储能电站发生火灾，消防队伍在处置过程中，电站北区在毫无征兆的情况下突发爆炸，导致2名消防员牺牲，1名消防员受伤，1名电站员工失联。据统计，过去一年全世界发生储能电站火灾超过30起，其中2017年8月至今，仅韩国就发生了29起储能电站火灾事故。2019年4月19日，美国亚利桑那州发生电池储能项目爆炸，导致4名消防员受伤，其中2名重伤。

1.磷酸铁锂储能电池火灾危险性。锂离子电池由于自身的物理化学性质，抗滥用性较差，当不正确使用时（热滥用、电滥用和机械滥用），会发生不可逆的热失控行为，存在较大的火灾危险性。储能用锂离子电池热失控过程中会产生大量的可燃性气体，如氢气、一氧化碳甲烷、乙烯等。如磷酸铁锂电池热失控后，产生的热失控气体中，氢气比例高达30.9%，烃类化合物占比约12%，一氧化碳占比4.8%。同时，电池热失控喷出易燃的电解液，高温气化也会变成可燃性气体。储能系统通常处于相对封闭的空间内，电池热失控产生的可燃性气体与空气混合形成的气体混合物，当其浓度达到其爆炸极限时，极易造成爆燃或爆炸，进而导致周围设施着火，扩大事故范围。在电池然烧过程中，火焰温度能够达到1000℃以上，与常规火灾不同的是，由于锂离子电池火灾是由内部热失控反应主控的火灾，热失控发生后，高温电池内部在不断进行着剧烈的化学反应，进而热量不断积累和释放大量可燃物，在满足着火条件时，仍会发生二次甚至多次着火（复燃）。

2.电池组的热失控危险。储能电站火灾危险性主要在于其电池组高度聚集，当电池在过充过放、过热、机械碰撞等内外部因素影响下，容易引起电池隔膜崩溃和内部短路，从而导致热失控。如果热失控在电池模组内发生传播，会导致系统火灾事故的发生。电池采用的电解液有机溶剂多为可燃易燃液体，又增加了其火灾隐患。此外，储能电站电池充放电频繁、电池梯次利用等自身特点也会在一定程度上增大火灾风险。

（三）储能电站消防安全管理的重点和难点

1.电池预制舱防火间距。根据储能电池模块燃烧特性试验结果及相关火灾案例分析，储能电池模块燃烧后，由于受到舱体保护，火焰仅在爆燃瞬间可能从位于舱体短边端的门洞口蹿出舱外形成火灾蔓延，一般情况下多在舱体内部燃烧，而预制舱长边之间多以热辐射为主，建议适当加大预制舱短边端的防火间距。由于电池预制舱属于带电设备，火灾发生后储能电池在舱内燃烧，现阶段消防救援采取的策略为储能电站断电后，在着火预制舱外部持续远距离喷水降温，因而在成组布置时一方面应尽可能避免预制舱之间的火灾蔓延，另一方面需保留足够的消防救援空间。

2.电池预制舱火灾预警及报警。建议磷酸铁锂电池预制舱火灾探测报警联动实行分级机制：第一级策略为火灾预警，即通过特征气体如H2、CO探测报警，在第一时间感知储能电池模块发生少量电池安全阀打开时，采取立即断电的方式阻止电池内部进一步发生反应，可以有效避免火灾的形成;第二级策略在感烟火灾探测器探测到舱内储能电池发生急剧热失控、喷射大量可燃烟气时，需联动关闭空调，启动排烟风机，避免舱体内可燃气体浓度过高形成超压;第三级策略为火灾报警，当感温、感烟等火灾探测器探知舱内发生火灾时，应立即联动断电，确认断电后联动启动舱内固定灭火系统灭火。

3.消防水源及消防车道。由于GB51048-2014《电化学储能电站设计规范》中未对锂离子电池储能电站的消防用水提出明确要求，我国早期建设的预制舱式磷酸铁锂电池储能电站周边存在无给水管网或消防水源的情况。结合储能电站火灾案例及消防救援实际情况，建议储能电站周围设置室外消防给水系统。消防用水宜由市政给水管网供给，也可采用消防水池或天然水源供给，相关要求应符合GB50974《消防给水及消火栓系统技术规范》。同时储能电站内宜设置环形消防车道，消防车道的相关要求应符合GB50016《建筑设计防火规范》。

4.缺少针对性强的消防设计规范。储能相关的国家标准制定主要由中国国家标准化管理委员会和住房和城乡建设部开展。由于储能技术尚处发展阶段，国内已经发布的电化学储能消防领域标准很少。在电化学储能电站的设计规范中，缺少针对性强的消防设计要求，基本按照通用工业建筑设计，并且储能系统标准中的电池性能指标模糊，应急处置和救援措施要求偏低，导致监管易出现疏漏。《电化学储能电站设计规范》在第十一章规定了电化学储能电站火灾危险分类、消防给水和灭火设施、建筑防火、火灾探测及消防报警的设计标准，但该设计规范中关于储能电站消防设计的内容较少，且不能完全符满足当下储能电站的实际消防需求。该规范将锂离子电池的火灾危险性分类为戊类，而根《建筑设计防火规范》，戊类指的是“常温下使用或加工不燃烧物质的生产”。电池预制舱中，储能电池模块作为基本单元，其过充试验也表明，BMS故障时可能因为过充而发生爆燃。尽管关于锂离子电池的火灾危险性分类仍需要展开系统的研究，但可以初步判定磷酸铁锂的火灾危险性大于常规丙类“可燃固体”的火灾危险性。

三、关于电化学储能电站火灾防范和火灾扑救的思考

（一）电化学储能电站火灾防范

1.重视系统防范。不要将事故简单的归结到电池选择上。目前来看，发生储能安全事故的主要原因是锂电易燃，伴随有热失控发生，但引发的事故点往往不是电池，我们看到更多的起因是由于电气事故引发。安全是一个复杂的体系，不能简单归结到电池选择上，配套系统同样重要。

2.完善技术规范。要尽快推进安全标准及相关规范的制定。发生事故之后必须把起火的真实原因摸清，针对问题制定解决方案和整改措施。而滞后或空白的相关标准规范，有关部门应也要抓紧研究制定和出台。

3.充分论证评估。要在储能项目正式运行之前经过充分论证和安全评估。近一年来，中国、韩国、比利时的锂电项目均出现了起火事故，但锂电的主流厂商在欧美市场保持比较低的事故率，部分项目的安全使用时间已经超过8年，国外很多有价值的经验已经转化成为规范和标准。这充分说明虽然锂电存在易燃、热失控的风险，但通过严格有效的管控、从安全角度提高准入门槛，并经过充分的安全测试与权威认证是可以保障锂电池储能系统安全性的。

4.发展新型技术。要重视新型水电解液电池发展。大规模蓄电的储能电站，务必将安全放在一切需要考虑的问题之首。储能电站作为经营单位，经济效益也很重要，应该使用能量转换效率高、寿命长、造价和运行成本低、适当兼顾比能量的电池。因此，当前应高度重视新型水电解液电池的发展与应用。

（二）储能电站火灾扑救的处置措施

1.迅速设置救援范围。足够的处置距离是保障救援人员人身安全的最好选择。在处置过程中，首先坚持“安全第一、控制燃烧”的原则，所有作战行动需经相关领域专家和专业技术人员研判评估，救援车辆需从上风或侧上风方向接近现场，并在事故区域的上风向或侧上风向划定安全集结区。

2.全力做好个人防护。要结合现场情况多点设置安全员，全程观察、监测现场危险区域和部位，实时监测可燃、有毒气体浓度和带电情况，及时预判可能发生的危险迹象，预先确定撤离信号，明确撤离方式和路线，并针对储能电站电压、电流、容量、事故现场环境以及爆炸冲击可能产生的风险危害，实施安全管控和交通管制。同时做好个人防护，佩戴正压式空气呼吸器，穿着电绝缘服、电绝缘鞋和电绝缘手套等全套装具，全程利用有毒、可燃、漏电探测仪进行监测，坚决克服麻痹思想，防止发生触电、中毒等意外伤害。

3.充分利用技术专家资源。在发生灾情后，应第一时间联系事故单位的技术人员和联动部门的处置专家成立事故处置专家组，对储能电站所有进出电线路实施断电，包括国家电网、市政电网、火电、光电、风电等其它能源，输出、输入、站与站之间的线路。事故单位应提供电站的平面图、装机图、流程图、线路图、控制图等基础资料，协助调集电池管理系统BMS管理系统、视频监控等数据资料，为指挥部决策提供技术支撑。在日常中与储能单位建立“人才培训”机制，定期邀请专家开展来队授课、实地教学、课题研讨等活动提高指战员的理论知识水平。

4.合理使用机动救援设备。救援行动需经过相关领域专家和专业技术人员研判评估后，方可进行处置，优先使用固定灭火系统，对有条件的一律采用消防机器人或遥控水炮前置部署阵地，对其他未着火的建筑或区域设置水幕分隔保护。阵地部署完毕后，人员要及时撤离至安全区域。经评估确认，储能电站不具备处置条件的，利用消防机器人或遥控水炮稀释、水幕分隔的方式，实施稀释降毒抑爆，第一时间疏散人员，阻截辐射热，保护周边建筑和重点目标，严禁将水直接射向未着火的储能电池模块（簇），避免处置不当造成储能电池模块（簇）短路。

参考文献

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作者简介：陈育财（1978.9-），男，汉族，肇庆市消防救援支队，中级专业技术职务（技术八级），从事消防监督管理、建设工程消防管理、火灾事故调查工作，