电化学储能行业兴起，怎样才能避免电池储能系统的火灾！

电化学储能行业兴起，怎样才能避免电池储能系统的火灾！：电化学储能凭借高可控性、高模块化、能量密度大、转换效率高、建筑周期短且安装方便，成为储能行业的“香饽饽”，得到了大力推广。

在各类电化学储能中，锂离子电池的技术和产业链最为成熟，应用最广。与此同时，锂离子电池的火灾事故频频发生，造成人们的生命和财产损失。

2021年4月6日，韩国忠清南道洪城的储能系统(ESS)发生火灾，财产损失估计为人民币258万元；2021年4月16日，北京福威斯油气技术有限公司光储充一体化项目发生火灾爆炸，直接造成财产损失1660万元；2022年4月18日，美国钱德勒锂电池储能电站发生火情，致使当地四分之一英里范围内的民众进行紧急疏散......

为什么技术和产业链最成熟的锂离子电池，会频频发生火灾事故？难道我们不可做出相关措施进行火灾预警，减少火灾事故的发生？


起火原因

市面上锂电池起火原因主要有三类：机械滥用、电滥用和热滥用。

机械滥用：挤压或针刺导致电池变形甚至隔膜部分破损，引发内短路；

电滥用：过充过放等导致电池内部产生锂枝晶，锂枝晶穿破隔膜，引发内短路；

热滥用：温度过高导致隔膜和正极材料发生分解，隔膜破损，引发内短路；

这三类起火原因都会导致内短路发生，电池内部产热速率远远高于散热速度，导致内部积攒过多热量，从而引起电池热过载连锁反应。


安全规范

储能电池安全是系统正常工作的基本要求。通过改良电池质量安全和规范管理操作，可以有效降低电池火灾发生的概率。


电池质量

目前，为了更高的转化率，电化学储能站会优先选择具有高能量密度材料的储能电池，这种电池极易受到内部外部因素影响，从而释放能量。

针对电池特性，可以通过对锂电池材料改性，降低电解液的可燃性，从而降低电池的失控风险。

然而，这种针对电池本身材质及构造的研发过程过于漫长，且成本过高，对电池供应商而言是一个不小的负担。

对那些已经建成且在运行的电化学储能站而言，这种优化方式并不能很好地解决当下电池储能系统的火灾安防问题。


规范管理

电化学储能站的火灾事故，大部分都是人为操作失误和环境因素导致的。可以制定标准合理的操作流程和场所标准化条规。

减少电化学储能站在安装和运行过程中不规范操作引起的火灾事故，通过控制室内的温度气压等空间环境，减少混乱环境引发的电池热过载现象。

这种操作标准化和场景规范化，可以极大程度降低电化学储能站的火灾概率。

然而，面对突发的火灾，这种只是让电化学储能站能够正常运作的规范手段，会略显无力。此时，就需要建立火灾消防系统，减少火灾损失。


火灾消防

火灾消防系统，分为火灾预警系统和火灾灭火系统两类。

火灾预警

针对锂电池的特殊性，电化学储能站的火灾预警系统较常选用感温探测设备和特征气体探测设备。

锂电池在发生内短路时，会释放大量热量，温度会在短时间迅速升高。感温探测设备就是利用电池热过载升温这个特点，对电化学储能站进行火灾预警探测。

受电池热过载升温影响，锂电池会产生大量易燃易爆的气体。占比最高的气体分别是CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6，这七种气体占比可达99%以上。

部分厂商根据电池热失控释放气体，开发出特征气体探测器，用来监测电化学储能站。

以上这两种探测技术都比较适合电化学储能站的火灾预警，但从实际应用上看，这两种探测方式都存在不足。

电池热过载升温时间短反应快，探测器来不及报警，探测器对模组内的电池热过载没法起到监测作用；不同材质的锂电池热过载释放的特征气体占比会存在差异，供应商需要设定合理的检测阈值，确保检测设备能够起到预期效果。

目前，能够准确有效地监控火情，提前报警的探测技术，唯有热释离子探测技术。

这种探测技术的原理是可燃物温度在达到受损点时释放的热释离子，通过采集环境中的热释离子进行燃烧判断，在可燃物产生烟雾前的物理阶段便能探测到火灾隐患，为安防人员提供充足的时间去排查、解决隐患。

热释离子探测技术不易受到可燃物物质组成成分影响，可以实现精准预报，使得检测结果更为准确。


火灾灭火

目前，针对电化学储能站的常用灭火剂为二氧化碳、七氟丙烷、全氟己酮和细水雾等。由于电化学储能站火灾的特殊性，这些灭火剂都有一定的缺陷和不足，不能彻底扑灭火灾导致复燃，或对电池电力系统造成二次伤害。

因此，当前的灭火措施，普遍采用复合式灭火系统，如气水二次灭火系统、间歇喷射灭火系统，还有置于电池内部的火灾抑制胶囊等。

灭火系统作为电化学储能站火灾防控的最后措施，对储能系统的安全运行具有重要意义，可以降低火灾损失和保障人们的生命安全。


总结

电化学储能站的火灾特殊性，意味着火灾消防重心在于火灾预防，而不是补救式灭火。只有超早期预警、超早期发现、极早处理，真正做到减少火灾损失，保障人们的生命安全。