新发展理念下新能源行业消防安全的主要风险与对策

杨旭 张亮 胡博恺 周会会 刘敏 蒋睿倡

能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源[1]，是经济发展和社会运转的重要支撑，是人类生产生活必不可少的生产要素。人类社会长期使用煤炭、石油等不可再生资源，有限的化石资源储备和日益严重的全球气候问题成为全人类共同面临的两大难题，更是能源发展领域无法回避和亟须破解的现实问题。基于以上两大问题，习近平总书记面向全世界庄严宣布：“中国二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”推动再生化、绿色新能源发展是坚持绿色低碳、促进人与自然和谐共生的必由之路。

1 “十四五”时期新能源发展规划主要特点

从对《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》和《云南省国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》等相关文献查询和分析中，可以归纳出“十四五”时期新能源发展主要存在以下特点：

1.1 新能源产业战略性持续增强

“十四五”规划中新能源、绿色环保、新材料、新能源汽车与生物技术、航空航天、高端装备等产业一同定义为战略性新兴产业[2]。面对国家经济高质量发展的建设需求，将统筹推进基础设施建设“十四五”规划，主要包括两个方面：一是加强国内油气勘探开发、储备设施、油气管道建设，提升国内对油气使用的供应能力；二是建设智慧能源系统，优化电力生产和输送通道布局，提升新能源消纳和存储能力，提升向边远地区输配电能力。由此可见，提升新能源电力生产输送能力和强化石化产品供给水平作为赋能经济建设和产业发展的两条主线，均具有战略性地位，而新能源产业的可再生优势，将促使新能源产业的发展战略性不断增强。

1.2 新能源产业优越性无可替代

“十四五”规划中，将广泛形成绿色生产生活方式确立为2035年愿景目标，要求加快推动绿色低碳发展，实现能源清洁低碳安全高效利用。当今世界正经历百年未有之大变局，国际环境日趋复杂，新冠肺炎疫情影响广泛深远，经济全球化遭遇逆流，世界进入动荡变革期，作为能源需求第一的中国，仅2016年就进口石油3.8亿吨，石油进口依赖率达66.5%，2019年进口石油5.06亿吨，石油进口依赖率高达72.6%，我国石油消耗量与国内石油产量差额越来越大，对进口石油的依赖也越来越大，远超国际公认的50%警戒线。发展新能源产业既是摆脱经济发展过分依赖原油进口的“开源之策”，又是落实推动能源转型升级和保障高质量发展的有力举措，为我国在今后一个时期赢得发展主动权具有不可替代的作用。

1.3 新能源产业可塑性不言而喻

我国是发展中国家，不同区域经济发展不平衡、不协调的情况严重，东西部经济发展、用电需求和供电能力不匹配的矛盾突出。以云南为例，“十三五”期间，全省通过“西电东送”工程，向东部经济发达地区输送电力1万亿千瓦时，绿色发电量占比90%以上，清洁能源交易电量占比97%。“十四五”时期，全省还将全力打造世界一流“绿色能源牌”，全面推动绿色低碳发展，持续巩固和扩大清洁能源优势，优化供电结构，深入推进绿色能源战略与绿色先进制造业深度融合，能源工业增加值2100亿元，电力总装机1.3亿千瓦，绿色电源装机比重达到86%，电源总发电量约4625亿千瓦时。云南坐拥得天独厚的绿色能源资源禀赋和区位优势，具有丰厚的水能、风电、光伏、生物质能源优势，加之面向南亚东南亚庞大的能源消费市场和可再生能源开发市场，“十四五”乃至今后很长一个时期，绿色可再生能源产业发展潜力不可限量[3]。

立足新能源发展趋势和“十四五”规划产业布局和基本特点，不难发现新能源产业发展离不开安全保障，重中之重就是要破解产业发展和安全管理之间不平衡不协调的主要矛盾，加之统筹安全和发展被党和国家写入“十四五”规划指导思想，安全要求贯穿于国民经济和社会发展的全过程、各领域。因此，新能源产业在全面推广发展的同时，抓好安全管理，已经成为社会各界的共识和产业发展的“刚需”。反观当前，新能源产业发电、储能、输送等各环节先后出现了光伏板短路起火、储能电池燃烧爆炸、超高压输送管线故障起火等事故，再次为全社会、全产业敲响了消防安全的警钟，因此，必须将安全和发展放在同等重要位置，做到管生产管安全、管行业管安全、管发展管安全，主动防范和化解重大安全风险，确保新能源产业实现高质量发展。

2 新能源产业构成特点

2.1 新能源产业“先天性缺陷”不可避免

国家能源局1-5月份全国电力工业统计数据显示，截至5月底，全国发电装机容量22.4亿千瓦，同比增长9.5%[4]。其中，火电装机容量为12.6亿千瓦，占比高达56.25%，同比增长仅为4.1%，风电、太阳能发电装机容量分别为2.9亿千瓦和2.6亿千瓦，占比仅为22.45%，但分别同比增长34.4%和24.7%，以风电和太阳能发电为主流的可再生能源发展增速为各类型发电种类之最。

以风电、太阳能发电为代表的可再生能源的大规模接入和投入使用，虽然风电和太阳能发电为代表的新能源具有可再生、清洁、低碳、绿色的得天独厚优势，可以最大限度减少碳排放和提升能源清洁程度[5]，但也存在两个方面的“先天性缺陷”。

2.1.1 新能源产能不稳定、不持续的问题突出

以风电为例，在一年四季中，风力发电总体呈现出“春秋冬发电多、夏季发电少”的特点；在黑夜白昼时间点上，风力发电又主要存在“早晨傍晚发电多、中午和午夜发电少”的特点。以太阳能发电为例，发电量则呈现出“夏秋发电多、冬春发电少”“白天发电多、傍晚晚上不发电”的特点。以上电力产出不稳定、不持续的特点突出，未能满足现实生活一年四季稳定用电、夜间和高峰时段集中用电的现实需求，若将风电、太阳能发电进行直接输出供电将会出现“电到用时方恨少、关键时刻用不了”的尴尬境地。

2.1.2 新能源产能不够用、用不完的矛盾突出

我国能源产出和能源需求矛盾突出，经济发展与能源分布为负相关，经济发达地区能源产出、不够用，经济欠发达或者落后地区能源产出多、用不完。例如，全国水电资源主要集中在云、贵、川、渝、藏等省份，占全国水电总量的66.7%；陆上风电和太阳能资源主要集中在西北、东北和内蒙古地区[6]。因此，国家持续推进“西电东输”建设，架设超高压输电线路，通过集中式大规模接入电网等方式实现电力远距离输送。

2.2 新能源产业储能设施配套建设必不可少、意义重大

立足我国经济发展、能源分布和新能源输送使用的实际，储能设施的配套使用成为风电、太阳能等新能源“产”“用”结合的重要纽带，储能设备犹如“水缸”，在能源产出和能源使用之间发挥着储备能源、调节运行、稳定供求关系的重要意义。客观而言，储能配套越完善对能源产出与调节的能力越强，转化使用效率越高，能源损耗越小。

根据中关村储能技术联盟（CNESA）全球储能项目库的不完全统计，截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW，占全球市场总规模的18.6%，同比增长9.8%[7]。如图1所示，抽水蓄能的累计装机规模最大，为31.79GW，同比增长4.9%；电化学储能的累计装机规模位列第二，为3269.2MW，同比增长91.2%；在各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机规模最大，为2902.4MW[8]。

图1 全球各类型储能项目占比

3 新能源产业主要消防安全风险及成因

当前，基于新能源产能、传输、运用的衍生产物愈发丰富，对人们的生产生活产生着深远影响，光伏发电、储能电站、新能源汽车、锂电池电动自行车和锂电池供能家具家电已经走进千家万户，不断为生活添彩。但新能源产业衍生产品在能量的补充、释放和使用上均有“产—储—用”三个阶段，就消防安全领域而言，新能源领域发生火灾的原因归根到底是热量和温度在时间和空间上的失控所致，致灾原因主要存在以下特点：

3.1 致灾原因多样且难以预测

新能源产业及其衍生物无论如何设计和调整变化，变得是产业、产品需要实现的目的，不变的是能量从产生到使用，都必须经过“产—储—用”三个环节，加之不同部分、不同供能设施设备相互紧密关联，一旦任何领域失控成灾，都极易形成连锁反应。从产能过程中看，光伏板、风力叶片基本上金属材质、单晶硅、多晶硅和玻璃等无机物，但是连接各关键部件的封装材料、背板、接线盒、硅胶、电池片、导电胶、电缆绝缘层、电气箱、逆变器中各种元器件及线缆等物质均为可燃物，一旦出现短路、热失控、火焰烘烤、外形冲击变形极易引发相应部件燃烧。

3.2 热量失控快速且危险性大

储能电池作为连接产能和使用的调节模块必不可少，但其频繁的充电放电将会导致储能电池老化、接线处短路风险增大、热失控倾向加剧。以表1示例的储能锂电池为例，材料不同将导致电池比容量、能量密度、循环次数大不相同，而磷酸铁锂和三元锂电池（主要为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）以相对安全的性能和较高的循环次数兼顾了经济性、安全性。受外部环境、内部材料、工艺技术和外界破坏等因素影响，电池内部温度升高，就会导致电池内部材料发生副反应，加剧升温，从而发生热失控。据研究表明，磷酸铁锂电池热失控温度普遍在500℃以上，如图2所示，三元锂电池热失控温度则低于300℃，一旦电池温度升高，内部材料的有机电解液就会与正负极材料反应，导致温度聚集和热失控风险加剧。加之，电池充放电原理导致有机电解质无法替换，独立的圆形或方形电池组合成为电池单元、电池箱、电池堆，造成散热减少，一旦发生电池破损燃烧将会按照电池排列情况，将电池燃烧的区域从“星星之火”变为“燎原之势”，甚至因电池材料的剧烈反应导致爆炸。

图2 三元锂电池热失控温度变化示意图

表1 常见类型锂电池性能对比

3.3 环节多样复杂且处置困难

从新能源的整体到局部，都无法离开“产—储—用”三个环节，因此新能源消防安全是系统性问题，涉及储能电池、电池管理系统、电缆线束、系统电气拓扑结构、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等多方面。据不完全统计，2011-2021年间，全球发生的32起储能电站起火爆炸事故中，25起是由于三元锂离子电池的自身问题，21起发生在充电或充电结束后的待机状态[8]，虽然事故均通过火灾形式表现，但起火原因、发生环节有所交叉，并非单一成因。具体表现在处置过程中的主要困难有：一是被扑救的设备始终带电，极易导致处置人员触电；二是“先控制、后消灭”的战术原则和实际运用将存在困难，例如光伏板、储能电站、充电桩、电池堆不可能单独设置，一旦发生火灾发展速度迅猛，瞬间扩大成灾，很难抢占事故处置的先手；三是新能源储能电池堆支架受到高温持续烘烤，极易造成坍塌，给救援队员带来处置危险的同时，坍塌物极易遮挡燃烧区域导致灭火剂难以直击火点、发挥作用。

4 加强新能源产业消防安全管理的对策

基于新能源产业火灾规律不同、安全规范有待完善、实战经验仍需积累的特点，主要应从以下四个方面加强新能源产业的消防安全管理水平和灾害处置能力。

4.1 完善法规政策体系

当前，新能源作为未来最具规模、最有发展潜力的发展方向，其设计规范和标准化工作主要依托的是国内外机构、协会、行业、企业制定的规范标准，此类标准制定的主要目的主要是针对新能源产业的设施设计、安装建设等内容进行规范，对于消防安全的设计更多地只需要符合《建筑设计防火规范》和《建筑灭火器配置设计规范》即可，客观上导致了针对性不强、难以准确定类定性等问题。为更好地服务新能源产业的快速发展和推广运用，应将新能源产业火灾预防的被动应付转变为消防安全领域的主动出击。应从以下两个方面完善法规政策和行业标准：

4.1.1 完善新能源产业消防安全技术标准体系

新能源产业需要健康安全发展必须做到防范和化解各类风险隐患。能源建设主管部门和建设、施工、使用等单位必须进一步完善建设安全技术标准和行业规范，能源、住建、应急、消防等职能部门要出台针对新能源产业（含新能汽车、新能源电力、充电设施、储能设施）的防火设计规范和监管技术指南，将消防安全的把关提前到设计建设之初，贯穿在运行维护的全过程。

4.1.2 掌握新能源产业灾害事故处置规律特点

强化新能源产业灭火救援准备亟须针对新能源产业不同分支和衍生产物的基本原理和共性特点，探索建立以新能源锂电池为主的火灾测试模型，通过火灾实验、模拟测试、数据分析等方式，找准新能源火灾区别于常规火灾的特性，为火灾防控装置使用、技术手段使用、处置流程优化提供技术支撑和实战基本原则。

4.2 强化新能源产业消防安全综合监管

坚持以消防安全责任制落实为主线，压实政府领导、行业监管、社会单位主体的相关责任，政府应依托安委会、消安委平台，组织工信、能源、住建、市场监管、应急、消防等部门对新能源产业进行综合性、穿透式的监管，风险防范和安全管理绝对不能大而化之，必须深刻认识到新能源作为新兴产业有不可阻挡的发展趋势，存在不同以往的非传统消防安全风险，积极围绕设计、建设、使用、管理、维保等环节，分别制定新能源产业“隐患清单”、行业部门监管“责任清单”和社会单位消防安全管理“主体清单”，并提请政府重点将新能源产业纳入安全生产专项督查和交叉检查的范畴，加大风险防范和监管力度，切实将新能源非传统领域的风险点紧盯看牢、管住管好。

4.3 加强新能源产业消防安全处置能力培训

新能源产业领域火灾均有发生速度快、燃烧热量大、后期处置难度大的特点，必须从从业人员和消防救援人员两个角度，分别有针对性地抓好消防安全知识的学习宣传和初期火灾处置能力的培养。

4.3.1 了解新能源火灾主要风险点

正确认识事物，把握其规律性是准确识变、主动求变、科学应变的前期与举措，防范和处置新能源产业风险的前提是掌握其主要风险点。新能源产业从业人员和消防救援队员都必须掌握热失控危害、扑救过程全程带电风险、储能设备火灾释放热量巨大、新能源汽车储能电池位置等基本知识。

4.3.2 宣传教育培训因人施策

新能源产业从业人员应重点掌握设施设备隐患常见表现、紧急断电措施操作方法、人员疏散逃生方式、消防设施启用使用、报警详情描述、初期火灾扑救控制等内容；消防救援人员应重点掌握灭火剂种类适用、环境带电检测、安全警戒距离确定、扑救直击火点方法、现场所需力量评估、新能源汽车储能部件位置、紧急避险等内容。

4.3.3 强化实战环境下的处置演练

新能源产业园区和衍生物制造车间具有功能分区严格、生产技术精细、管理要求严格等特点，因此，无论是在日常熟悉演练，还是灾害事故处置现场，都必须将厂区技术人员、消防安全管理人纳入其中，特别是要加强与新能源产业从业人员的联勤联动，要模拟实战，在演练和模拟的过程中向技术人员询问风险位置、风险点，不能简单粗暴、盲目冒进地打快攻、打近战，特别是要培养救援队员“先控制、后消灭”的战术意识和“先观察、再处置”的战斗思维，重点提示救援队员不贸然打开储能电池箱、电池堆集装箱门，培养处置过程中预防回燃和轰然的能力。

4.4 强化专业能力建设

新能源产业设施设备一旦发生火灾，将会有着极大的作战安全风险，为确保攻坚打赢必须加强专业处置能力建设，结合工作实际，主要可以从以下四个方面入手。

4.4.1 加强专业攻坚技术学习

消防救援队伍必须继续用好“师傅带徒弟”培训模式，组织本单位专家型领导干部、钻研型业务骨干和潜力型一线指挥员组成技术学习攻坚专班，聘请新能源产业技术能手和高校新能源领域专家，选取本地区新能源产业的不同条线和衍生物为样本，开展实地走访调研、理论知识积累、规律特点把握和指导手册编制，将基本原理、灾害特点和队伍职责结合起来，形成可供基层参考学习、实践借鉴的调研成果和指导手册，让各级救援队员学有依据、教有素材、做有参考。

4.4.2 加强专业救援装备配备使用

新能源产业火灾普遍存在燃烧迅猛、爆炸危险大、设施设备带电、灭火剂消耗量大等情况，队伍在强化灭火救援准备时要适当加大对漏电检测、绝缘设备、移动自摆炮、灭火机器人、供水系统和大容量供水车的配备，适当储备干粉等灭火剂，在实战过程中要先依托着火区域的气体固定设施和灭火剂（如七氟丙烷、惰性气体、干粉、气溶胶）及时对明火进行扑灭，随后使用大量水和相应灭火剂对含有锂电池的设备降温，严防出现热失控。

4.4.3 科学运用各类技战术措施

一旦新能源产业产区和储能设备发生火灾时，必须第一时间加强调派，同步要求首战力量寻找技术人员全程指导处置，迅速疏散现场被困人员，划定警戒和安全区域。在侦查过程中加大对带电、漏电情况的检查，现场合理布置高喷车、灭火救援机器人和遥控自摆炮阵地，及时对明火扑灭和烘烤的储能设备进行喷水，合理破拆遮挡与外部的箱体及包装层，科学选择能直击火点的喷射方式、喷射角度，尽可能让灭火药剂直击火点，提升火灾扑救效率。扑救新能源汽车火灾时，出动过程中应及时联系报警人和到场民警疏散围观群众，同步指导汽车驾驶员紧急切断电源，现场处置过程中，应选择用雾状水开展火灾扑救，组织破拆救人时不能随意触碰、顶撑、破坏储能电池区域，严防因电池受外力挤压和剪切导致起火燃烧。

5 结束语

新能源产业及其衍生物是贯彻绿色发展理念的具体产物，其在推动能源结构改善优化和实现“碳达峰”“碳中和”上具有不可替代的重要意义[9]。十四五时期，统筹发展和安全写入指导思想，要求新能源发展壮大必须以安全为前提，防范和化解新能源产业发展中面临的各类风险隐患，特别是要预防绿色清洁能源实际运用中发电、储能、传输阶段存在的各类风险隐患，严防储能设施设备热失控引发的火灾和爆炸事故，需要进一步完善政策标准，强化消防安全全过程监管，加强从业消防安全分类培训，提升消防救援力量新能源产业事故处置技战术能力水平，为新能源产业安全健康发展保驾护航。