初识储能电站及其带来的灾害危险性

於陈磊

摘要：2021年4月16日下午，北京南四环集美家庭大洪门储能电站发生火灾爆炸事故，造成2名消防员死亡、1名消防员受伤。本次事故是近期国内某储能电站发生的最严重事故，据了解，事故发生前该电站正在建设和调试中。此次储能电站的意外事故，可以视为储能高速发展之路上的一颗石子，引起了全国应急战线消防指战员的高度重视和激烈探讨。本文从储能电站的电池储能技术原理、特点、用途、价值出发，对其灾害危险性进行初步探讨。

关键词：储能电站;灾害;危险性

分类号：TM61;TM912

在世界范围的储能电站应用中，各类事故屡见不鲜，当前，国内尚处在试用阶段，未引起关切，在已进行大面积广泛应用的国家，事故量居高不下，以韩国为例，2017年8月至2019年6月仅22个月时间内就发生高达23起储能电站事故。

那么，何为储能电站？储能电站，其实是为了调节峰谷用电问题所设立的电站。众所周知，居民生产生活用电量会因为人们的生活习惯，在24小时内有极大的波动。在白天和晚上12点前，用电量比晚上12点后用电量多得多。虽然可以通过控制发电厂功率来调节用电量，但仍无法适应这么大的变化，不少电就浪费掉了。因此， 修建设立具备储存电能功能的电站，其目的就是为了将我们在用电量最低峰这个时段中所浪费消耗的剩余电量收集储存起来，然后在用电需求量高峰的时候重新释放到储能电网中，以此来迅速达到用电削峰或是填谷的目的。说到储能电站就离不开电池储能技术，让我们来详细了解一下。

一、电池储能

1.电池储能技术原理：储能技术泛指利用物理或化学等多种方法实现对电能的自动储存，并在实际需要时自动进行电能释放的一系列电能相关应用技术。当前已应用的技术而言，根据电站储存电子能量的各种方式不同可将其储能分类为电子机械辐射储能、电磁辐射储能及其他电化学物质储能。机械空气储能又分为可依次划分分别为飞轮抽水空气储能、压缩空气动力储能、飞轮空气储能。电磁储存功能主要类型包括超导磁导电储能和超级离子电容器导磁储能。电化学分子储能的利用方式主要是将化学电能以各种化学物和能量的形式同时进行有效储存和快速释放。目前的我国电化学储电产能主要采用包括复合电池和其他电化学储能电容器的复合装置用以实现复合储能，常用的复合电池设备有碱性铅酸复合电池、铅炭复合电池、钠硫电池、液流复合电池、锂离子复合电池等。电化学材料储能技术因其具有节能高效率、应用更具灵活性、响应速度快等多大优点逐渐在我国电力储备节能技术市场中已占有越来越重要的应用地位。

2.电池储能特点：为有效促进我国能源发电产业不断优化结构升级，实现能源清洁低碳绿色发展，近年来，我国持续大力发展清洁利用能源，风电、光伏产业实现跨越式大规模发展，新能源发电装机容量全球占比日益明显提高。然而，在清洁利用能源高速健康发展的必然同时，波动性、间歇式新一代能源的大量并网给我国电网从能源调控再到运行，安全控制等諸多各个方面上都带来了不利性的影响，极大地严重限制了清洁利用能源的有效回收利用。电池联合储能光伏电站技术可与储能分布/联合集中式新一代能源光伏发电系统联合储能应用，是当前解决新一代能源光伏发电系统并网不足问题的重要有效途径之一，将随着我国新能源光伏发电并网规模的日益不断增大以及储能电池联合储能技术的不断创新发展，成为国家支撑实施我国现代清洁利用能源快速发展国家战略的重大基础关键技术。

3.电池储能用途：电池并网储能系统作为电能并网存储的重要实现方式，具有电池功率和利用能量类别可根据不同电网应用者的需求灵活进行配置的优点，响应速度快，不受自然地理和水资源等外部环境条件的严重限制，适合各种大规模电网应用和产品批量化开发生产等多大优势，使得它的电池储存功能在有效配合各种集中/分布式新一代能源并网，在电网系统运行管理辅助等应用方面也都具有不可以替代的重要地位。

4.电池储能价值：电池容量储能光伏电站建设工程就有点像一个超大电池容量的"充电宝"，在达到用电负荷低谷时把它当作电力用电站的负荷可以充满大量电力，在达到用电负荷高峰时把它当作火力发电厂的电源可以释放大量电力。一是为企业节约了用电成本，二是为国家电力减轻了高峰期电量少、低峰期电量足的负担。同时又降低了传统发电方式对环境造成的影响。可谓两全其美！

利用电池储能技术建立的新型储能电站优势毋庸置疑，但也由此带来新兴行业的安全隐患，下面我们来看看储能电站可能发生的安全事故。

二、储能电站可能发生的安全事故

1.火灾：电化学材料储能系统电站的火灾危害可以大致分为以下两类：一类主要是由于电气火灾引发的发电火灾，如现在常规储能电站中有可能不会发生的电气变压器焊接火灾、电缆焊接火灾等;另一类主要是化学储能系统中由于电池火灾引发的发电火灾，危害大且一旦电池火灾引起就不完全可控。蓄电池在外部充电或放电使用过程中外部充压遇到的明火、撞击、雷电元件短路、过充或电流过放等各种意外灾害因素均极有可能发生设备火灾的重大危险性：例如蓄电池因外部过度充压或过放电流过热导致换电设备加热温度过高，形成过热引燃源;而蓄电池中的电解液加热温度迅速上升，换热系统故降从而导致换热设备出现高温正常运行，如电池通风道零件堵塞.风扇零件损坏、安装设备位置不当、环境加热温度过高或距离车内外界可用热源太近，均极有可能直接导致车内蓄电池换温系统敝热不良，影响换热设备安全正常运行，引发设备火灾。

2.爆炸：储能发电系统的离子蓄电池在快速充电或放电使用过程中长期连续运行，电解水液中会快速产生一定微量的氧化氢气，若室内局部通风不畅或室外排出氢气管道出现堵塞，氢气在室内或室外局部的完全封闭状态空间快速聚集时会达到一定数量浓度，外部环境遇水或明火发生撞击、雷电、或产生静电或充放电发生火花、短路发生过充或放电过放等各种意外灾害因素，可能造成爆炸事故。储能系统箱式变压器装置若为带油设备，变压器装置内部故障时会引起电弧加温，有燃烧和爆炸的可能。

以上两点以锂电池储能系统为例看其诱发因素：

3.人员伤害：包括触电、中毒、窒息、灼烫伤等。储能供电系统通常带有危险的直流和高压交流有源电压，即使在没有接通直流电源或储能系统自动关闭时，部分储能部件也有可能仍然一直处在交流带电电压状态。在用户打开或停止接触供电系统时，若用户没有及时穿戴好使用相应的防护具，可能就会发生严重触电危险。电池基架模块需要放置的电源平台.电池基架之间的电池绝缘元件电阻较小，绝缘不良，可能容易发生电池漏电、触电等等事故。若室内环境温度控制不良，使动力电解液内部发生酸性溶质氧化析出异常现象，会严重影响动力电池使用寿命，也可能会对操作人员生命造成健康生活造成极大威胁。

全钒化钛液体发电交流混合动力式蓄电池组在硫酸电解液中当硫酸发生直接熔解溶析出硫酸盐的现象时，理论上一般认为最有可能直接溶解析出的硫酸有溶于五氧化二钒、三氧化二钒、硫的氧化钒和溶于氧化二氧化钛的钒三种不同晶体硫酸盐，其中一种直接析出的是氧钒化钛晶体硫酸盐主要具有过氧硫酸化物剧毒，对呼吸系统和人体肺部以及皮肤等软组织都会有一定量的损害并起保护处理作用，急性过氧硫酸化物中毒还有可由其作用引起的对鼻咽、肺部组织具有强烈刺激性等临床症状。常用的六氟磷酸锂电池离子镍氢燃料电池的主要化学电解质为四氢亚六氟磷酸锂电池，这可能由于电池产生了一种具有高度惰性剧毒和强烈的抗腐蚀性的亚六氟化氢（hf）这种惰性剧毒气体，对进入人的面部皮肤.以及人的眼睛、黏膜等部位具有强烈的剧毒性和刺激性的毒害作用，吸入后这种剧毒气体可直接接触引起急性和上呼吸道感染系统性的炎症、肺炎和局部水肿。

储能净化装置进入室内还可能需要采用氢气制氮机对室内空气产生出的氢气废物进行快速吹风清扫。在空气制氮机连续运行及自动停止的工作过程中，会从制氮设备外侧的气体喷射排放口以及其他设备（内侧则会分别释放出氮气及高浓度的氧气。若操作人员没有及时开通燃气排风扇直接进行降温换气，吸入了大量氮气以后就有可能会直接导致操作人员室息，甚至可能会直接导致人员死亡，如果在一种氧气排放浓度非常高的温室气体排放氛围中继续使用燃气烟火，则可能会直接发生一种爆炸性的燃气火灾。此外在制氨机的空气压缩机、MS吸附器、加热器的周围有高温的部分，用手接触可能发生烫伤。

电池中的电解液呈酸性，对设备有腐蚀性。 如果电池盒，电解液输送管道和储液罐的材料和工艺的耐腐蚀性不符合要求，维护不善或因外力引起的损坏;将导致设备腐蚀，致使电解液发生泄漏事故，严重时会发生电解液喷溅，不慎将电解液沾到皮肤或眼睛等，没有及时处理，可能导致严重烧伤。

過去几年，储能市场逐渐升温，各路资本相继进入，安全性问题也逐渐凸显出来。安全问题将是储能行业面临的一大挑战。如何应对，国内外专家已有几点建议。

三、储能行业安全问题的对策

1.政策与标准完善：目前多个国家都有制定储能电池相关的安全标准，如澳大利亚的AS/NZS 5139安全标准，禁止锂离子电池储能系统安装在室内和车库内，并要求其安装在独立的建筑中。美国的许多组织也发布了储能技术应用的适用规范和标准，包括安装、认证和防火。 我国还缺乏相关的国家和行业标准，储能相关的审批和标准体系还不够完善。 通过设计储能安全指南和标准体系并将相关事件报告整合到数据库中进行管理和宣传。 同时，国家有关部门和参与项目的企业要尽快对项目的火灾风险等风险指标进行评估。通过实验取得真实数据，进而分析、论证有效的风险控制措施，制定相关标准，保障该项目得到有利发展。

2.系统改进设计：对电池管理系统逐级设计更为安全的保护措施，使其在下一级出现问题时能够保持工作状态，发挥管理功能：一是及时断开故障区域，二是将故障状态发送至上一级的中央控制器直至远程控制系统。

3.人员管理：应根据系统设计和运行过程中可能存在的风险，依据现有规范标准组织安全评估论证，制定相应的预防和处置预案，加强对消费者和设计安装人员的提示，并对设计和安装等相关从业人员进行培训和认证，严格认真贯彻执行消防行业运维安全管理知识手册，特别是定期组织进行具有较强的和针对性的消防安全运维管理培训，提高消防运维行业安全生产管理水平和消防安全事故突发应急风险处置综合处理工作能力。

4.规避风险：安全性既然是一个事故概率问题，安全因素控制得好，发生危险事故的概率就降低，但无法保证完全避免。企业还可以购买安全保险，以规避这种意外事故带来的损失。

储能电站事故的影响将在短期内减缓用户侧的储能应用，决策层将加快并加强储能的标准化，建设方将更加重视储能系统的设计改进。下一步还将淘汰劣质供应商，减少对价格竞争的依赖，提升对安全性的关注。

通过本文，望能让读者对储能电站及其带来的灾害危险性有个初步的认识。

参考文献：

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[3]丁明，陈忠，苏建徽，陈中，吴建锋，朱承治.可再生能源发电中的电池储能系统综述[J]，电力系统自动化，2013（01）.

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