引言

隨著風能和太陽能等可再生能源在能源結構中所占比例的持續增長，以及對間歇性和波動性能源接入需求的增加，加之鋰電池成本的降低，鋰電池儲能電站正在新能源并網和電力系統輔助服務等多個領域得到廣泛應用。然而，隨著鋰電池儲能電站建設的推進，國內外關于這些電站的火災事件逐漸增多，引起了公眾對鋰電池儲能電站消防安全的高度關注。因此，本文將對鋰電池儲能電站的火災風險進行深入分析，并探討研究相關的火災預防和應急處置策略。

1、鋰電池儲能電站概述

1.1 鋰電池儲能電站應用

鋰電池儲能電站因其高效率、靈活性和快速響應等優勢，成為增強傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的關鍵工具，符合能源革命的發展趨勢，并且其應用在全球范圍內不斷增長。到2020年底，中國新型電力儲能裝機容量已達到3.288吉瓦，預計到2025年將增至3000萬千瓦以上。投運的鋰電池儲能電站將整合到源網荷儲控制系統中，提供調峰、調頻、備用和應急響應服務，滿足電網對可再生能源接納和安全運行的需求，同時在提升能源利用效率和推動綠色能源發展方面扮演重要角色。

1.2 鋰電池儲能電站組成

鋰電池單體串聯并聯形成電池模塊，再串聯成模塊電池箱，多個電池箱并聯后置于集裝箱內形成儲能電池艙。多個電池艙與PCS、SVG、總控等系統配套艙組合，構成鋰電池儲能電站。

2、鋰電池儲能電站的火災危險性

2.1 鋰電池單體的火災危險性

1）鋰電池的構造。

鋰電池通常由正極、隔膜、負極、有機電解液以及電池外殼構成，它們能夠適應多種應用場景，并呈現出不同的形狀與結構（如圖所示）。在鋰電池中，負極材料通常采用石墨。電解液的溶劑一般為碳酸酯類，盡管添加劑可能有所差異。正極材料在鋰電池中差異顯著，常見的有磷酸鐵鋰、錳酸鋰以及三元材料等。隔膜的主要功能是隔離正負極，防止電子通過，同時允許鋰離子自由穿梭。鋰電池的充放電過程依賴于鋰離子在正負極之間的遷移（如圖所示）。需要注意的是，鋰電池的電極材料、隔膜和電解液均為易燃物質，其中隔膜的火災風險尤為突出。

幾種形狀的鋰電池結構 鋰電池充放電原理圖

2）鋰電池火災危險性

鋰電池存儲大量能量，存在安全隱患，熱失控是其起火主因。熱失控通常由以下因素引起：內部短路，由于鋰枝晶穿透薄隔膜；過充過放電，導致電池溫度升高和電解液分解；化學反應放熱，電池電壓升高引發副反應；制造工藝缺陷，如電芯極耳過長或隔膜微孔洞；使用過程中的缺陷，如電池性能不一致或受到物理損害。這些因素都可能引起鋰電池熱失控，最終導致起火或爆炸。

2.2 鋰電池儲能電站的火災危險性

1）鋰電池單體熱失控

鋰電池儲能電站因其復雜的串并聯配置、大規模和高功率運行而。但若單個鋰電池發生熱失控，會通過熱傳導和輻射影響鄰近電池，引發連鎖反應。由于電池間線路連接，火災蔓延風險增加，可能引發整個電池艙火災并迅速擴散。

2）電氣故障

電氣故障是導致鋰電池儲能電站火災的主要因素，由于電站內除了鋰電池還有許多附屬電氣設備，這些設備若管理不當，可能導致火災。例如，意外的大電流或高電壓，如雷電和浪涌，可能侵入電站引發火災。這主要是因為電站內電氣設備集成度高，對大電流和高電壓的防護能力有限，同時電站內通信線路眾多，增加了這些危險因素侵入的途徑。

3）電池管理系統失效

電池管理系統(BMS)在鋰電池儲能電站中至關重要，負責實時監控電池狀態并管理充電放電過程，確保安全運行。若BMS維護不當，可能導致火災。例如，一起火災案例顯示，電站起火后3秒內BMS爆燃，導致電池端拉弧爆燃。檢查發現，長期超溫導致電氣元件腐蝕、絕緣老化，無法滿足設計要求，影響了監測和保護功能。

4）施工維修過程不規范操作

鋰電池儲能電站由眾多鋰電池單體組成，具有高容量，短路時會產生大電流。不規范的施工檢修操作可能導致火災。例如，在一個建設周期短的鋰電池儲能電站項目中，由于施工人員長時間工作導致操作失誤，功率線正負極接反，造成電池短路并引發火災。

3、鋰電池儲能電站的火災防范對策

1）提高鋰電池自身的安全防御

選用質量可靠的鋰電池產品用于儲能電站，避免使用性能退化的退役電池。在電池模塊成組前，篩選單體電池以確保關鍵參數一致性。安裝先進的電池管理系統(BMS)進行數據采集和實時監控，確保電池效率和安全，同時維持電池工作在合適溫區并保持一致性。

2）加強儲能電站的建設、維護和管理

鋰電池儲能電站不得建于人員密集、高層、地下或易燃易爆區域。必須使用符合規格的設備和電氣線路，確保部件匹配，避免電氣故障。設計需考慮安全保護，滿足防火防爆標準。電池艙應有隔熱阻燃層，使用耐高溫材料，配備防爆排風系統，保持適當防火間距，確保防火分隔和封堵措施。電站應具備消防設施。施工管理要嚴格，確保專業施工和連接部位牢固。運營期間，需定期由專業技術人員檢查和維護設備，消除隱患，確保設備安全運行。

3）鋰電池儲能電站火災的盡早探測

火災發展分為四個階段：初起、發展、猛烈和熄滅。在初起階段，火勢未蔓延，自動報警系統能及時探測火警并處置，減少損害。目前主要使用感煙和感溫探測器，但它們需等到煙霧和溫度充滿空間后才能預警。采用吸入式感煙探測器可提前報警。針對不同鋰電池燃燒產生的可燃氣體，增設特定氣體探測器有助于早期發現火情，防止火災蔓延。在每個電池箱內部安裝探測器，能更早發現故障并精確定位問題電池箱。1870-02111-382

4）鋰電池儲能電站火災的快速抑制

鋰電池儲能站通常使用七氟丙烷自動滅火系統，但該系統無法精準作用于熱失控電池箱內部，僅能撲滅明火。由于鋰電池燃燒不依賴氧氣，傳統滅火方法無效。持續冷卻對抑制內部化學反應至關重要，以防止復燃。水是有效的降溫滅火劑，但需注意防止觸電，滅火前應斷電。建議使用模塊級分布式細水霧滅火系統，實現點對點防護，及時抑制熱失控引發的火災。

4、安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

4.1 概述

安科瑞的Acrel-2000MG儲能能量管理系統專為工商業儲能電站設計，具備數據采集、處理、存儲、查詢分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理及歷史曲線等功能。策略管理支持多種控制策略，如計劃曲線、削峰填谷等。系統能統一監控管理各儲能單元，并與上級調度系統及云平臺進行數據通訊，實現遠程監控與運維，確保儲能系統的安全、穩定、可靠和經濟運行。

4.2 應用場景

適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。

4.3 系統結構

4.4 系統功能

實時監管

實時監控微電網的運行至關重要，它涵蓋了市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及用電負荷等多個方面。此外，監控還應包括收益數據、天氣狀況以及節能減排的相關信息。

智能監控

實時監測系統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器以及用電設備，以全面掌握微電網系統的運行狀況。

功率預測

對分布式發電系統執行短期和超短期的發電功率預測，同時呈現預測的合格率和誤差分析。

收益分析

用戶能夠檢視光伏、儲能以及充電樁三個領域的每日電量與收益數據，并且具備切換至年報模式以查看每月電量與收益的功能。

策略配置

主要涉及對微電網系統的構成、基礎參數、運行策略以及統計指標的設定。策略方面，它包括計劃曲線、峰谷調節、需量管理、新能源整合以及逆功率控制等關鍵要素。

4.5硬件及其配套產品

5、結語

隨著鋰電池儲能電站的規模化應用，確保其消防安全已成為發展的首要任務。鋰電池制造商需加速技術革新，深入研究鋰電池的火災機理，并改進生產工藝，以制造出更安全的電池產品。同時，設計和施工企業應構建具備高安全保護性能的鋰電池儲能電站，并確保電池安裝過程的安全性。運營企業則應采用多種火災自動報警探測器進行實時監測，以便盡早發現異常情況，降低火災風險。此外，必須確保在火災發生時，通過熟練的預防措施和緊急情況下的有效處置，提高現場應急處理能力，防止火勢蔓延，將災害影響降至低。

參考文獻

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