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近日，珠海市香洲區(qū)屏北二路廣通物流園內儲能柜突發(fā)起火，珠海消防在抵達現場后30分鐘內撲滅明火，然而在后續(xù)冷卻降溫過程中電池柜再度爆燃。

經消防救援人員持續(xù)出水壓制并啟用大功率隧道排煙機降溫，在將有爆燃風險的電池柜逐一轉移至空地進行長達9小時的冷卻降溫后最終解除危險，現場無人員傷亡。

據悉，該起火儲能柜由5組電池柜串聯為一體，著火電池柜為1、2號柜，現場過火面積約5平方米，起火原因正在進一步調查中。

儲能安全向來為業(yè)內關注的焦點。就在本月，有關“比亞迪儲能供貨的寧夏銀川錦洋綠儲儲能電站于2023年8月2日起火爆炸，造成多人傷亡”的消息才在網上傳得沸沸揚揚，比亞迪儲能官方不得不親自發(fā)文辟謠。

縱觀儲能行業(yè)發(fā)展歷程，盡管技術水平突飛猛進，各類政策、規(guī)范標準都已取得了長足的進步，起火爆燃事故卻始終如影隨形。

我們不妨以史為鑒，從往年儲能安全事故，看爆燃何故頻發(fā)，又應當如何防范？

爆燃為何頻發(fā)？

提及國內教訓深刻的儲能行業(yè)重大安全事故，總繞不開“4·16”北京大紅門儲能電站起火爆炸事故。

2021年4月16日，北京“大紅門”儲能電站發(fā)生起火爆炸，造成1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，火災直接財產損失為1660.81萬元。


事故調查結果顯示，當時南樓起火直接原因系西電池間內的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內短路故障，引發(fā)電池熱失控起火。而北樓的爆炸直接原因則為南樓事故產生的易燃易爆混合物通過電纜溝進入北樓儲能室并擴散，與空氣混合形成爆炸性氣體，后遇電氣火花發(fā)生爆炸，并產生相當于26公斤TNT的爆炸威力。

無獨有偶，美國儲能行業(yè)最大規(guī)模安全事故之一，2019年4月19日美國亞利桑那州APS電力公司儲能電站火情中，在救火人員勘察現場時發(fā)生意外爆炸并造成多名人員受傷，其中一名消防主管與一名工程師在爆燃事件中受到重傷。

根據APS官網發(fā)布的公告顯示，當時預先布置的自動滅火系統(tǒng)已經啟動，然而熱失控的電池釋放出易爆氣體，并在集裝箱內部累積，最終因不明因素引燃導致爆炸發(fā)生。

這一事件影響極為深遠，甚至直接影響到后續(xù)事故中的火災處理策略。

2022年4月18日美國亞利桑那州鹽河變電站內儲能設施發(fā)生火災，在內部自動噴水滅火系統(tǒng)持續(xù)運行與消防人員排出建筑物內易燃氣體的謹慎解決之下，該項目火勢最終連續(xù)燃燒超過五天才得以結束。

而無論是此次珠海儲能柜滅火途中爆燃，抑或是前段時間網傳的儲能電站事故，都出現了起火后發(fā)生爆燃的情況，其原因何在？


事實上，電池熱失控并非自身發(fā)熱起火這樣一個簡單的概念，電化學儲能自身特性決定其在發(fā)生熱失控的過程當中難免因化學反應而產生大量易燃易爆氣體。

此前有研究認為，三元鋰本身便具有嚴重的安全隱患，而磷酸鐵鋰路線為儲能安全的更優(yōu)解。

一般而言，三元鋰電池的材料在200度左右的環(huán)境下就會發(fā)生分解，化學反應也更加劇烈；而磷酸鐵鋰的分解則發(fā)生在800度左右的環(huán)境中，顯然具備更佳的高溫穩(wěn)定性。


據不完全統(tǒng)計，過去十年發(fā)生的約57起電池類型相對明確的電化學儲能事故中，三元鋰電池共占36起，占事故總數的63.23%，在韓國這一事故高發(fā)地更是主流的儲能產品。
然而隨著研究及實踐的不斷深入，磷酸鐵鋰電池被證明或存在更高的氣體爆炸風險。

如果說三元鋰電池的熱失控更傾向于自燃，磷酸鐵鋰電池在熱失控過程中產生氫氣的現象則更具爆炸風險，這使得對熱失控的處理解決又增添了非常多的復雜性。

“三元電池是自己容易熱失控，自己把自己點著；磷酸鐵鋰電池自己點不著，但是它的氣體爆炸的風險比三元電池要高，一旦在外面遇到火花它更危險。”中國科學院院士歐陽明高表示，大容量電池中磷酸鐵鋰的燃爆指數是三元鋰的兩倍。

誠如前文所述，在不少儲能事故當中，優(yōu)先排出易燃易爆氣體、避免爆炸性氣體積聚，或盡可能將燃燒中的儲能系統(tǒng)轉移至空曠處、切斷連鎖熱失控及擴大火勢的可能，已是應對此類事故的常見流程。

面對依舊高發(fā)的儲能安全事故，究竟應當如何提前防范？

事故如何防范？

解決電芯本質安全問題，永遠是電化學儲能行業(yè)的終極追求。

盡管電池材料的特性已然決定，在較長的一段時期內我們都很難將其自身發(fā)生危險的概率降低至足夠小甚至為零，然而固態(tài)電池產業(yè)化的未來實現，或有望從根本上解決現有液態(tài)鋰離子電池的安全性問題。

從電池熱失控的整個過程來看，化學活性高、易揮發(fā)、易燃、易腐蝕的液態(tài)電解質起到了關鍵的作用，是鋰電池自身的最大安全隱患。

而固態(tài)電池采用固態(tài)電解質，部分或全部替代液態(tài)電解質。一方面，固態(tài)電解質具有不可燃、無腐蝕、無揮發(fā)等特性，分解溫度大幅提升；另一方面，由于內部無液體流動，固態(tài)電池具有承受穿刺、折彎等物理沖擊的高機械強度，從而大幅降低熱失控風險。


當前，固態(tài)電池商業(yè)化言之尚早，然而半固態(tài)電池量產已被各大新能源車企、鋰電龍頭企業(yè)提上日程。

EVTank預測到2030年全球固態(tài)電池（包含準固態(tài)電池、半固態(tài)電池、全固態(tài)電池）滲透率有望達到10%，需求達到276.8GWh。而SNE Research則預計全固態(tài)電池將從2025年開始的0.2GWh，增加到2030年的131GWh，市場滲透率達到4%左右。

在以監(jiān)控和預防為主的主動安全方面，傳統(tǒng)、單一的火災預警方法，已難以滿足電化學儲能大規(guī)模發(fā)展形勢下日益迫切的安全預警需要。

在監(jiān)控預警層面，針對磷酸鐵鋰電池在熱失控中存在發(fā)熱、冒白煙、釋放氫氣并引發(fā)氣壓變化等物理特性，行業(yè)當前已經開始應用基于聲、熱、力、電、氣多物理參數的智能安全預警技術，并且通過綜合算法進行判斷，識別電池的早期熱失控狀態(tài)。

更高管理精度的BMS，則有望將問題電芯的隱患掐滅在萌芽階段。新型儲能系統(tǒng)的電池容量和功率都在不斷擴大，由于系統(tǒng)采用了數目龐大的鋰電池，非常容易出現電池間產熱不均、功率差異大等問題，BMS在儲能電池系統(tǒng)管理方面日益發(fā)揮更加重要的作用。

而在火災事故的應急處置方面，本次珠海儲能柜起火爆燃事件中，直接用水進行撲滅的處理方式實則并不非常妥當。

以2021年9月美國加利福尼亞州Moss Landing一期項目安全事故為例。在該起事故當中，由于某區(qū)域檢測到煙霧，抑制火災的噴水降溫系統(tǒng)隨之啟動。

然而，作為電池降溫系統(tǒng)一部分的軟管和管道上的少量接頭發(fā)生故障，導致水噴到電池機架上。進而導致短路和電弧，引發(fā)電池損壞并制造更多的煙霧。這些額外的煙霧再次被其他VESDA設備檢測到，導致水釋放到其他區(qū)域，隨后軟管/管道故障，釋放更多的水，造成更多的電池損壞和煙霧。

這樣一套惡性循環(huán)下來，最終導致該項目大約7%的電池模組和其它設施系統(tǒng)造成損失。

此外，對電化學儲能設施采取水消防，需考慮到高壓電的影響。由于電化學儲能設備自身帶電，水消防不僅易在火災初期加劇系統(tǒng)內部短路，還有可能帶電并產生有毒物質對消防人員產生危害。

就正確消防處理來看。一方面，隔離火勢避免連鎖熱失控是“防消結合”的重中之重；另一方面，針對儲能系統(tǒng)設計并配備行之有效的消防防護系統(tǒng)，擇取滅火效能更高且具有良好電絕緣性能的消防藥劑，將儲能消防落到實處而非僅作表面文章，亦是保障儲能安全的迫切需求。

如在上周二法國Saucats發(fā)生的Amarenco儲能電站起火事故當中，該起事故所在的儲能電站部署了將近50個鋰電池集裝箱。但由于每個集裝箱單元之間設置了一定的安全距離，消防人員并未直接撲滅火災而是在集裝箱周圍設置防護，加之集裝箱自身配備的消防系統(tǒng)發(fā)揮作用，最終火情在未發(fā)生火災蔓延和人員傷亡的情況下得到有效控制。

原標題：儲能再爆安全事故，爆燃為何屢屢重現