电化学储能电站为何易发生安全问题？安全隐患及解决对策详解

国内外均有个别储能电站出现着火、爆炸事故的案例，我们必须承认电池组是一种含高能物质的部件，具有危险性的本质。而且，随着电池比能量和比功率的提高，发生事故的危险性将增大。目前国内针对电化学储能电站消防方面的规范标准要求较低，且不能满足现场需求，工程中应用的灭火系统没有相应标准支撑，灭火剂和灭火措施的有效性均未得到验证，储能电站在后期的运营中，面临很大的安全隐患。本文将详细介绍储能电站可能存在的安全隐患与部分应对措施。

一、储能系统组成

储能系统一般包括蓄电池储能单元、电网接入系统、中央控制系统.环境控制单元等。其中，蓄电池储能单元是由储能电池组、电池管理系统(BMS)、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统等设备组成的。

(1) 电池部分:电池组可划分成多个电池单元，每个单元与一台储能逆变器配套使用，形成一个独立的单元电池储能系统。每个单元电池储能系统能够独立被储能电站监控系统调度.

(2) 变电部分:包括出线设备，电气二次部分包括中央控制系统、直流系统,消防系统。

(3) 土建部分:电气电池室或室外电池组基础及厂区有关工程。

二、可能存在的安全隐患

2.1火灾

电化学储能电站的火灾可以分为两类：一类是电气引发的火灾，如常规电站可能发生的变压器火灾、电缆火灾等，针对此类火灾，传统的火警系统及七氟丙烷灭火器可以有效扑灭;另一类是储能系统中电池引发的火灾，危害大且一旦火起就不可控，针对此类火灾以自动灭火方式为主，包括七氟丙烷自动灭火系统、气溶胶等。在带电状态下，电气火灾和电池火灾都属于E类火灾，不适合用水或泡沫扑灭。

蓄电池在充放电过程中外部遇明火、撞击、雷电短路、过充或过放等各种意外因素有发生火灾爆炸的危险性:蓄电池因过压或过流导致设备温度过高,形成引燃源;电池电解液温度上升，换热系统故降导致设备高温运行,如通风道堵塞.风扇损坏、安装位置不当、环境温度过高或距离外界热源太近,均可能导致蓄电池系统敝热不良，影响设备安全运行，引发火灾。

2.2 爆炸

储能系统的蓄电池在充放电过程中长期运行电解水会产生微量的氢气，若室内通风不畅或排出管道堵塞，氢气在室内或局部的封闭空间聚集达到一定浓度，外部遇明火撞击、雷电、或静电放电火花、短路过充或过放等各种意外因素，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。

2.3其他系统异常

电池系统测量温度、液面等数据的传输线受电磁干扰等影响可能产生测量误差，造成储能系统工作不正常。

电池管理系统故障，如模拟量测量功能失效、电池管理系统报警功能失效、电池管理系统保护功能失效、本地运行状态显示功能失效等，都有可能引发电池管理系统保护功能，若不能及时发现电池或系统故障，将引发更大的事故，导致电池组设备损坏等。

储能电站厂房内，应保证环境湿度不超过国家标准规范要求，防止电子设备因空气湿变过大发生故障,从而造成安全生产事故。

2.4人员伤害：触电、中毒、窒息、灼烫伤

储能系统带有危险的直流和交流电压，即使在没接通电源或系统关闭时,部分部件可能仍然处在带电状态。在打开或接触系统时,若没有穿戴好相应护具，可能发生触电危险。电池模块放置的平台.基架之间的绝缘电阻较小，绝缘不良，可能发生漏电、触电事故。

若室内温度控制不良，使电解液发生溶质析出现象，会影响电池寿命，也会对人员造成健康造成威胁。

全钒液流电池电解液发生溶析现象时,理论上可能析出五氧化二钒、三氧化二钒、硫的氧钒三种盐，其中析出晶体有剧毒，对呼吸系统和皮肤有损害作用，急性中毒可引起鼻咽、肺部刺激症状，接触者出现眼烧灼感、流泪、咽痒、千咳、胸闷、全身不适、倦怠等表现，重者出现支气管炎或支气管肺炎,皮肤高浓度接触可致皮炎、剧烈癢痒,慢性中毒长期接触可引起慢性支气管炎、肾损害、视力障碍等。此外,还可能对周围水体造成污染。

常用的锂离子电池常用的电解质六氟磷酸锂可能产生有剧毒和腐蚀性的氟化氢(HF)气体，对皮肤.眼睛、黏膜有强烈刺激作用，吸入后可引起呼吸道炎症、肺水肿。

储能装置室可能采用制氮机对室内产生氢气进行吹扫。吹扫系统主要危险有害因素体现在刺氮机的使用和维护上。在制氮机运行及停止的过程中，会从设备外侧的气体排放口以及设备(包括计测室设备)内会释放出氮气及高浓度的氧气。若没有开通排风扇进行换气，吸入了氮气以后可能会导致室息，甚至会导致死亡，如果在氧气浓度非常高的气体氛围中使用烟火，则会发生爆炸性的火灾。制氮机运行过程中用到液态氫，若液态氮储罐、管道、阀门或安全阀等安全附件由于各种原因使用或保存不良，可能导致液氨储罐发生泄漏事故，并可能由此引发低温冻伤、中毒窒息事故。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。

蓄电池的电解液具有酸性，对设备具有腐蚀性。若电池外壳、电解液输送管道、储液罐的材料工艺耐腐蚀性达不到要求、维护不善或因外力破坏，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，若不能及时发现，酸雾挥发将导致整个厂房内腐蚀性气体扩散，腐蚀设备引发环境污染。此时若运行维护人员在正常检修或事故情况下未能穿戴防护设备，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。

三、应对策略

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，如澳大利亚包括户用在内的离网电池系统安装标准已经形成，澳大利亚标准协会今年2月起草的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。美国很多组织机构也为储能技术应用出台了相应的规范和标准，涵盖安装、认证、消防等。

我国仍欠缺相关的国家标准和行业标准，有关储能的审批和标准体系还不够健全，急需设计储能安全准则和标准体系，并将相关事件报告纳入数据库进行管理和公示。同时，国家有关部门与项目涉及的企业应尽快针对此类项目的火灾危险性以及其他风险指标开展评估，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

箱体设计应注意减少尖端器件、增大与壳体距离、螺栓端部加绝缘保护，减少产生电弧;并对箱体内接线方式进行改造，采用材质相同的导线或采用接线器连接;直流侧加装浪涌保护器或采取防过压过流措施。

在储能室安装空调及温度自动控制系统，线上、线下相结合的方式实施监控系统的运行情况，全周期监测、极早期预警。

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。同时，应增设火灾监控系统与中央控制器的通信线路，并设置相应的安全防护措施，在发生火灾时将该类数据信号及时报送中央控制器，在火灾征兆发生的萌芽阶段及时预警并介入消防措施，使总体状况安全可控。

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，严格的执行运维手册，特别是进行有针对性的消防培训，提高行业安全水平和事故处置能力。

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。

总结

电化学储能是解决新能源消纳、增强电网稳定性、提高配电系统利用效率的合理的解决方案，在整个电力价值链上能够起到重要的作用，涉及发、输、配、用各个环节。随着风电、光伏等新能源在能源结构中占比不断提升，以及动力锂电池成本的快速下降，电化学储能在峰谷电价套利、新能源并网以及电力系统辅助服务等领域的应用场景正不断被开发并推广开来。今年有望成为中国储能产业爆发的“元年”，以江苏河南为代表率先完成了储能示范工程建设，在迎峰度夏期间发挥了重要作用。储能是未来能源改革中重要的一环，将安全因素控制好，降低发生危险事故的概率，储能会拥有巨大的发展空间。