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关于储能电站火灾处置的思考
摘要:为实现“双碳”目标,在国家发改委、国家能源局联
合印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》中,明确新型储
能发展目标,2025年做到规模化发展、具备大规模商业化应用条
件,2030年做全面市场化发展。据中国储能网报道,2022年国
内投运、建设中、拟建的新能源储能项目总装机为
25.94GW/58.99GWH,相比去年同期增长24.94%。在储能电站、新
能源汽车等高速发展的过程当中,各种各样的火灾都不停地涌现
在我们面前,如何做好储能电站火灾扑救,值得我们深入研究探
讨。
关键词:储能电站锂电池火灾处置
一、储能电站火灾事故分析
根据国家能源信息平台报告的不完全统计,2012-2022年
近10年的时间里,全球共发生储能电站火灾爆炸事故32起,
其中日本1起,美国2起,比利时1起,中国3起,韩国24
起。上述储能电站火灾的共同特点主要是:事故电池为锂离
子电池,且大多发生在充电和充电休止期间。
2022年10月20日,海控能源下属天能电力公司的海南
乐东县莺歌海盐场100MW光伏项目的储能系统发生起火。该
项目共配备25MW/50MWh储能系统,共10个电池舱,此次起
火的为6号电池舱,这个柜子就损失650多万元……
2021年4月16日11时50分许,位于丰台区西马场甲14
号的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,事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受
伤,火灾直接财产损失1660.81万元……
在北京416电站的火灾事故,施工方指出北楼爆炸的直接
原因是南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生短路故障,引
发电池模组热失控起火。事故产生的易燃易爆组分通过电缆
沟进入北楼储能室并扩散,与空气混合形成爆炸性气体,遇
电气火花发生爆炸。根据清华、中国建科院和北理工的调查
仿真分析,发现了混合气体当中主要是碳酸钾、乙酯蒸汽和
氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳的混合气体。爆炸量相当
于26公斤的氢气,相当于几百颗手雷。
二、锂离子电池火灾事故特点
锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点,是目前
电化学储能以及新能源汽车的主要应用方式。然而,锂离子
电池本身也存在缺点,安全性一直是锂电储能行业发展的难
点之一。
根据近几年研究锂电池火灾,得出电池火灾的特点,可以
归纳为4个方面,一是火灾初期会释放大量白色的烟雾;二
是具有多次射流火现象;三是易复燃、扑救困难;四是烟气
毒性大。主要还有一氧化氮和氟化氢,尤其氟化氢具有强腐
蚀性。基于电池模块系统的研究发现,锂电池储能系统的火
灾特点具有以下特征,往往由单一电池起火引发,相邻电池
组间隔小,易被引燃,单一电池起火会迅速蔓延到其他模块
直至整个系统。多个电池同时起火机率较小,烟气积聚易形
成燃爆风险。
导致锂电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。
热失控指由各种诱因引发的链式反应现象,热失控散发出的
大量热量和有害气体会引起电池着火和爆炸。
锂离子电池热失控过程可以划分为三个阶段,第一个阶段
过热是锂离子电池热失控的起始阶段;第二个阶段热量积累
和气体产生是锂离子电池热失控的发展阶段;第三个阶段燃
烧和爆炸是锂离子电池热失控的爆发阶段。第二个阶段是热
失控的发展阶段,主要会发生电解液的分解,正极的分解以
及电解液的正负极表面的氧化还原反应阶段。产生比较典型
的气体是氢气和一氧化碳。第三个阶段为爆发阶段,燃烧过
程会产生大量的二氧化碳,会消耗掉这些可燃气体,如果不
发生燃烧,就会容易造成混合气体的积聚。
诱发热失控的原因主要有以下几点:
(一)内因:电芯自身的问题,如老化造成的各种性能的
衰退;内阻增大,长期清理不当使用造成的金属锂沉积等。
在锂电池的工作过程中会伴随着热量的产生,锂电池的产
热会使电池的工作温度上升,而锂电池的工作温度会对电池
的使用性能造成重大影响。锂电池的产热来源主要有电化学
反应热、极化热和电池本身的内阻产热。若锂电池在工作过
程中的热量得不到有效地消散而不断积聚,会使电池温度逐
渐升高,导致电池及电池组产生过热、爆炸的危险。
锂电池在发生热失控的时候,随着温度的逐渐升高,锂电
池内部主要会发生SEI膜分解、正膜分解、正负极与电解液反应、隔膜
融化、正极分解、电解质溶液分
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