探析锂离子电池电力储能系统的消防安全管理——以东莞为例

东莞市消防救援支队 陈全

近些年来，随着我国全面推进实施“双碳”战略目标，新能源产业不断发展壮大，尤其是太阳能、风能等可再生的清洁能源受到了社会前所未有的关注和广泛应用，但是其在利用过程中存在一定的局限性，比如波动性较大，间歇性较强，难以连续稳定提供能量输出，这些问题都会降低电力系统运行的安全性、持续性、可靠性。从时间、空间上将发电和用电分开，是有效利用可再生清洁能源的关键，因此大力发展储能技术至关重要，当前常见的储能技术包括抽水蓄能、蓄电池还包括超导储能等不同的形式。目前我国已经投入运行的储能项目规模超过了35GW，占全球市场规模的20%左右，在各种类型电化学能储能技术中，锂离子电池的储能规模比重最大，增长速度最快。

一、东莞市锂离子电池电力储能项目概况

东莞市目前锂离子电池电力储能项目主要有12个，具体位置、场景和规模如表1所示。由于锂离子电池电力储能项目多采用集装箱式预制仓储能，一般是梯次利用的退役电池，具有较为稳定的化学性质，火灾风险较低。而生产、储存领域的锂离子电池由于是梯次利用的上游，电池的化学活性较高，因此火灾危险性也较高，“十三五”期间（2016-2020年）因锂离子电池火灾造成人员伤亡的有3起，占亡人火灾起数13%，造成6人死亡，占死亡人数13.6%，1人受伤，占受伤人数7.7%。

表1 东莞市锂离子电池电力储能项目一览表

二、锂离子电池电力储能系统主要安全风险

由于工业用电夜间费用较低，因此电池储能电站一般是夜间充电、日间放电，因此安全事故一般发生在夜间，安全风险因素主要包括爆炸、火灾、中毒、触电、灼伤等。其中，火灾风险尤为突出。从安全系统工程学[1]分析，在当前锂离子电池电力系统应用前景广泛、建设量大、潜在风险性高的背景下，可以结合前期已发生的事故案例，采用预先危险性分析对锂离子电池电力系统存在的安全风险进行解剖，从而指导既有系统的完善和新系统的建设。

预先危险性分析[1]主要是在新建锂离子电池电力系统设计、选址以及已有系统改造设计阶段，通过总结以往事故教训和风险点，分析、辨识已有或潜在的消防安全事故隐患，在投入使用前或者运行过程中尽早发现，及时采取整改、消除或控制事故隐患。这种分析的特点在于系统初期就可以识别、控制不安全因素，制定全生命周期安全事故防范管理操作规程，尽早、低成本地消除系统中存在的不稳定因素，有效防范各类安全风险。

三、锂离子电池电力储能系统消防安全管理体系构建

（一）构建完善的标准规范体系

国际上不同的标准化组织已制定了储能相关标准。我国从2011年开始陆续开展了电力储能技术标准的编制，2014年，电力储能标准化技术委员会（SAC/TC550）成立，初步建立了储能技术标准体系。但是当前，我国储能系统消防安全隐患治理和监管仍然存在一些亟须解决的问题：一是已投运储能系统消防安全隐患突出；二是梯次利用电池储能电站、预制舱式储能装置及其他新型储能技术等快速发展、大量建设，梯次利用电池老化、储能装置建造布局不合理等问题普遍存在。因此，在消防安全方面，储能系统要在系统组件、系统整体、系统安装和系统建造等四个方面建设明确的标准，其中储能系统建造环境方面，特别是要明确其建筑火灾危险等级，建筑防火间距、消防安全总平面布局、防火分区、建筑构件燃烧性能和耐火极限，建筑防爆以及建筑消防设施配置等标准。

（二）采用安全检查表法进行常态化消防安全检查评估

从锂离子电池电力储能系统预先危险性分析可知（表2），锂离子电池电力储能系统主要涉及5个方面的不安全因素，围绕这5个因素，参照建筑物火灾风险评估的方法，制定消防安全检查表[1]，可供单位消防安全管理人以及消防救援机构的消防监督员对储能系统进行初步检查和评分，通过定期日常检查及时发现不安全状态和行为，对于分数低于30分的（满分50分），初步判定为具有较大火灾危险性，可以作为启动专家评估、责令整改的判定依据，通过强制措施有效消除事故隐患，防止伤亡事故发生，具体如表3所示。

表2 锂离子电池电力储能系统预先危险性分析表

表3 锂离子电池电力系统安全检查表

（三）加强锂离子电池火灾扑救技战术研究

一是选用水作为灭火剂。锂离子电池的自身属性和燃烧特性是导致这类火灾容易快速扩大和难以扑救的主要因素，目前国内外对锂离子电池火灾的研究已经取得了不错的进展，德国机动监督协会研究表明：运用水作为灭火剂可以成功扑灭锂离子电池火灾，但是需要采取浸泡方式，耗水量较大，且操作难度大。水中添加F500和Firesor能够大幅压缩火灾扑救时间，灭火效能大幅提高，且能有效降低耗水量。美国联邦航空管理局研究认为：阻断锂离子电池火灾最重要的因素是灭火剂的降温效能，水基型灭火剂能够有助于快速降温对锂离子电池火灾产生有效抑制作用。采用气体和干粉类灭火剂扑救后存在一定复燃的风险，扑救锂离子电池火灾效果较差。中国科学技术大学经过研究对比，采用CO2类灭火剂扑救锂离子电池火灾效果不佳，采用细水雾和HFC-227的扑救效果较好。目前普遍认为，在锂离子电池火灾扑救过程中，细水雾是效果最佳、最经济实用的灭火剂，且满足一定条件也不存在触电危险。

二是坚持“灭明火—设隔离—降温度”的灭火原则。通过对大量锂离子电池火灾扑救过程分析可知，锂离子电池火灾属于被动预混气体火灾，火灾发生起始阶段火焰强度最高，起火的部位大多数是在密闭有限空间之内，经过长时间的升温可能会使内部气体压力升高，分解产生的可燃气体与氧气混合产生爆炸性混合气体，当混合气体浓度达到爆炸极限，或者气压上升到一定阈值，引发连续性的爆炸。根据该类型火灾发展特征，救援人员可以采用降温性灭火剂持续对着火锂离子电池进行降温，并在有效的时间之内，在未引燃的锂离子电池设置隔离带，快速疏散人员和物资。比如可以使用大量沙子覆盖着火的锂离子电池进行隔离，控制火灾蔓延，降低火灾影响范围。最后，通过细水雾或者大量的水进行浸泡降温，可达到快速扑灭火灾的效果。

三是建立电池储能电站分层联动应急机制。政府有关部门和企业需要分别制定储能电站分层联动机制。分层上，针对火灾、爆炸、中毒、触电、灼伤等各类型安全事故，依据事故特性，将事故各划分为四级[2]，企业要有针对性地制定各等级事故应急处置预案，明确人员分工和职责，建立企业微型消防站，组建安全事故技术处置队，配备各类必要的救援器材、装备、物资，提升自防自救能力。鉴于锂离子电池火灾燃烧猛烈、火情发展快速、烟雾毒性大等特点，一旦发生火灾、爆炸事故将对企业以及周边群众的生命财产安全构成严重威胁，影响电力供应和污染自然环境，应急、住建、电力、公安、消防、环保、医疗、宣传等部门要制定联动应急处置预案，加强力量调度，发挥部门合力，提升救援效能，防止出现环境污染和影响社会稳定的安全事故。救援结束后，尽快组织开展事故调查，全面查明事故起因和性质，倒查有关单位和人员责任，做好财产损失赔偿等善后工作。吸取事故教训，逐步完善锂离子电池消防安全事故防范措施和机制，全力预防同类安全事故发生。

四、结语

综上所述，锂离子电池储能系统消防安全需要引起足够的重视，并进一步加强研究和探讨。政府监管部门和企业要了解掌握锂离子电池储能系统的安全特性和风险点，建立较为完善的安全管理操作规程，采用安全检查表的方式展开常态化监督检查和安全评估，构建锂离子电池电力储能系统消防安全管理体系，采取科学、高效的战术扑救处置锂离子电池火灾事故，最大限度减少生命财产损失。