3.1事故原因

韓國儲能電站主要采用三星和LG的三元鋰電池，該電池體系熔點為200℃，儲能系統設計單簇為400kW/1600kWh，4簇并聯。儲能電站火災事故多數發生在充電中或充電后休止中，此時電池電壓較高，電池活性較大。充電結束休止過程中，并聯電池簇間形成環流，導致電芯處于過充狀態，電壓升高形成內短路，造成火災事故。

文獻“韓國鋰離子電池儲能電站安全事故的分析及思考”結合韓國儲能事故調查，將儲能電站事故致因總結為以下四個方面：電池系統缺陷、應對電氣故障的保護系統不周、運營環境管理不足、儲能系統綜合管理體系欠缺。

（1）電池本體因素。由電池本體誘發安全事故的來源主要包括電池制造過程的瑕疵以及電池老化帶來的儲能系統安全性退化兩方面。

（2）外部激源因素。外部激源包括絕緣失效造成的電流沖擊及外部短路等問題，也包括除電池外部件高溫產熱造成的熱沖擊，以及某電池熱失控后觸發的熱失控蔓延過程。

（3）運行環境因素。鋰電池需要工作于各參數的安全窗口范圍，需要通過初始電熱管理設計、BMS/PCS/EMS以及空調系統等管控來維持合理的運行環境。運行環境管理不善將逐漸影響電池及系統的可靠性，進而演化為事故。

（4）管理系統因素。管理系統因素不僅包括BMS、PCS、EMS以及對應的聯動管控邏輯，也包括管理規章制度等人的因素。前者是系統的核心控制和決策單元，主要作用是對電池系統的工作狀態進行監測和管理，對保障電池安全、穩定、可靠運行有重要意義。

3.2經驗總結

結合韓國儲能事故數據，以及四類引致安全事故因素的分析，可以對鋰電池儲能系統安全性管理做出以下經驗總結。

（1）電池本體因素仍然是儲能系統安全的核心，受現階段管理系統的監測管控可靠性限制，對電池本體的充放電SOC區間有必要適當收緊。

（2）電池老化因素及運行環境因素的長期演化將可能造成腐蝕性的絕緣部件損壞，需要強化絕緣檢測并進行定期維護檢查，同時需要強化漏電斷路裝置、過電壓保護裝置、過電流保護裝置等電氣沖擊保護裝置的可靠性。

（3）儲能系統配置足夠強度和靈活性的主動熱管理系統是非常必要的。

（4）電池儲能系統的標準體系有待進一步完善，特別是涉及PCS、BMS、EMS之間協調、控制與管理的相關標準。

（5）目前業內重點關注和大力開展的熱失控提前預警和消防安全技術，不能從根本上避免鋰電儲能系統的安全事故。欲達成鋰電儲能電站“零事故”絕對安全的目標，需要改變思路，從電池安全狀態的實時評價和預測著手，針對電池本體及運行條件等多因素耦合作用的長期演化特性，研發電池安全風險的早期預警系統，從源頭降低電池系統熱失控風險。

2019年4月19日，美國亞利桑那州的公共服務公用事業公司（APS）發生大規模電池儲能項目，由于2.16兆瓦時鋰離子電池儲能系統內發生連續熱失控，一名職業消防隊長，一名職業消防工程師和兩名職業消防員在爆燃事件中受到重傷。

4.1事故過程描述

儲能系統煙霧探測發出警報，并排放滅火劑。

儲能系統中的煙霧探測器在大約16:55時發出警報信號，并排放了全淹式滅火劑（Novec1230）。

消防員是危險材料處置小組成員（HAZMAT），HAZMAT團隊對儲能系統附近定義了應急危險區，并進入該區進行危險氣體監測和火情診斷。

受傷的消防員是一支危險材料處置小組（HAZMAT）的成員，該小組于大約在18:28時到達現場。注意到從建筑物和附近的組件中散發出來并在沙漠中漂移的低層白云。該團隊定義了一個熱區（應急危險區），并多次進入該熱區，以使用多通道氣體濃度測量表、比色管（colorimetrictubes）和熱像儀（TIC）在儲能系統周圍進行360度的火情診斷評估（size-up）。該小組在每次進入過程中都檢測到危險的氰化氫（HCN）和一氧化碳（CO）升高。該團隊持續監視儲能系統，并注意到大約在19:50時白色氣體/蒸汽混合物停止從容器中流出。

HAZMAT領導層制定了事故響應行動計劃，HAZMAT小組監測儲能系統附近的HCN和CO濃度低于可接受的閾值，打開儲能系統大門，隨后發生爆燃事件。

HAZMAT領導層制定了事故響應行動計劃，其中包括一群高級消防指揮官的意見，以及擁有和設計和維護儲能公司代表所提供的關于儲能系統的信息。HAZMAT小組最后進入了熱區，發現儲能系統附近的HCN和CO濃度低于可接受的閾值。在遵循事件行動計劃后，團隊在大約20:01小時打開了儲能系統的大門。消防員在大約20:04時在熱區外觀察到爆燃事件。所有HAZMAT團隊成員在爆炸中均受到重傷，并被迅速送往附近的醫院。注意：此事件中涉及的鋰離子電池儲能系統已在按照之前發布的《有關儲能系統安裝的當前共識標準NFPA855》的第一稿進行了調試；儲能系統在設計符合調試時符合有效的相關法規和標準。

4.2事故報告將該事件分為五個關鍵步驟

（1）事故原因可能是是一個鋰離子電池產生了樹突或枝晶，從而導致鋰離子電池短路，致使電芯升溫并著火。

（2）當火勢蔓延到鄰近的電芯時，氣溶膠滅火劑無法阻止如此猛烈的大火。

（3）在模組內放置的電芯離得很近，導致火勢從一個電芯迅速蔓延到另一個電芯，沒有任何物理屏障來防止火勢蔓延。

（4）隨著數百個電芯燃燒殆盡，釋放出爆炸性氣體，并聚集在密閉容器內，并且容器內沒有傳感器來計算氣體的積累。

（5）由于缺乏氣體監測遙感系統，并且消防員對這類情況的培訓欠缺，導致首批消防員人員并未采取正確的行動。

（6）爆炸性氣體不斷積聚，當第一批急救人員打開艙門，氧氣進入艙內時，爆炸性氣體開始燃燒。

4.3整改措施及建議

研究結果包括兩大類建議:對電池系統設計進行物理改變以消除氣體積聚的情況，以及改變對安全人員處理儲能站緊急情況的培訓。①APS將在儲能系統中增加遙感和通風系統。當故障導致危險氣體釋放時，操作人員可以通過氣體識別和通風將其沖洗出去，而避免風險。②其他升級包括冷卻系統或電芯之間的屏障，以防止火災蔓延，并包括更密集的滅火措施，以防氣體滅火劑無法阻止火災。③在安全培訓方面，在裝有電池的城市，APS對當地的安全人員進行了培訓。

為確保使用鋰離子電池儲能系統的消防和維修人員安全，以下建議和措施應被納入標準、規范、研究計劃的要求中。

（1）基本的消防員、指揮官和HAZMAT成員的培訓應強調儲能系統的安全性；鋰離子電池熱失控，蒸氣云形成和擴散過程中釋放的氣體和蒸氣的潛在爆炸性；爆燃和爆炸波傳播的動力學；應該進行包括全面測試的研究，以了解響應鋰離子電池儲能系統火災事件而采取的最有效，最安全的消防策略。

（2）在通過全面的實驗可以確定最終的策略和指導之前，建議消防人員在將鋰離子儲能系統視為外殼中的氣體混合物濃度高于LEL，除非另行證明，否則應待在保守的潛在爆炸半徑之外，并停留在危險區的外部。

（3）應開發一種在線教育工具，以擴散有關鋰離子電池儲能系統危害和消防戰術考慮因素的適當基礎知識。

（4）鋰離子電池儲能系統應包含可遠程訪問的氣體監測；應該進行包括多尺度測試在內的研究，以評估用于鋰離子電池儲能系統的固定式氣體監測系統的有效性和局限性。

（5）鋰離子電池儲能系統應包含強大的通信系統，以確保從BMS從整個儲能系統中的傳感器遠程訪問數據，并且讓火警控制面板保持不間斷。

（6）儲能系統的所有者和經營者應與當地消防人員和業主授權單位（AHJ）一起制定應急行動計劃，并全面了解與鋰離子電池技術相關的危害。

（7）在所有儲能系統安裝中均應使用標識儲能系統內容的標牌，以警告第一響應者與安裝相關的潛在危險。

（8）鋰離子電池儲能系統應與緊急操作計劃配合，按照NFPA855或國際消防法規第12章的要求，配備適當的防爆保護。

（9）應該進行包括全面測試的研究，以確定最有效的鋰離子電池儲能系統滅火和防爆系統。

（10）應開展著眼于儲能系統緊急退役的最佳做法和消防在緊急情況下作用的研究。

隨著國內外儲能項目建設的快速增長，安全問題也日益突出，特別是起火事件受到社會各界高度關注。儲能還處于產業發展早期階段，對于新事物的認知，大眾普遍會有放大例如意識，韓國一時在政策激勵之下，儲能項目建設爆發式增長，隨之在系統集成、施工運維等方面產生重大安全隱患，2019年美國APS公司在亞利桑那州皮奧里亞部署的電池儲能電站發生火災，四名消防員受傷。因此需要客觀理性地看待已暴露出來的事故隱患，舉一反三，認真做好儲能項目的安全保障工作。

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