电化学储能电站安全管理问题研究

目前，我国已建成世界最大的清洁发电体系，总装机25.6亿千瓦，其中可再生能源装机超过煤电达到12亿千瓦以上，占总装机比重47.3%，新能源利用率保持95%以上，清洁能源消费占比上升到25%以上。我国能源结构不断优化，绿电消费持续扩大，能效水平稳步提升，降碳减排效果明显，加快构建新型电力系统，积极稳妥推进碳达峰、碳中和，能源电力转型取得显著成效果。

储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术。其中，电化学储能由于受地理因素影响小，应用场景较灵活，加之其成本持续下降、商业化逐步成熟，正在被广泛应用于储能领域。

加强安全管理，特别是电化学储能电站专业安全管理，对保障新型储能可持续健康发展具有重要意义。考虑到锂离子电池储能在电化学储能装机占比90%以上，以下主要从锂离子电池储能角度研究安全管理问题。

目前国内的用户侧储能项目多采用锂电池，而热失控是锂电最为严重的安全事故。它是指由于内部短路或外部短路导致电池短时间产生大量热量，引发正负极活性物质和电解液反应分解，产生大量的热和可燃性气体，导致电池起火或者发生爆炸。而国内外因锂电热失控导致的储能事故灾难时有发生，加剧了用户对工商业侧配置储能的不信任感。

公开的事故调查报告表明，为有效预防储能事故、控制事故危害，当前需进一步规范储能的选址布局，明确储能设计、施工、验收等要求。针对储能系统安全问题，除了关注电池安全之外，还需要从电气安全、系统集成、监控、事故预警、灭火和应急措施等不同层面加以改进。

电化学储能电站的安全管理

从火灾事故机理角度分析

热失控机理 

Ⅰ（40-100℃） 电池受到诱因，温度开始升高。此阶段电池发生高温条件下的容量衰减，负极 表面SEI膜分解。负极与电解液直接接触并发生反应。

Ⅱ（90-120℃） 电池温度持续升高，内部电解液挥发可能会导致安全阀破开。

Ⅲ（120-180℃） 隔膜融化并开始闭孔，此时隔膜孔隙收缩，锂离子透过率降低导致电池内阻增 加。如果隔膜上涂有陶瓷涂层，可提高隔膜的耐高温、耐热收缩性能。

Ⅳ（160-250℃） 正负极材料与电解液发生反应，导致电池温度持续升高，放热速率逐渐增大。 可能会导致安全阀破开，释放大量气体。 Ⅴ（200-300℃） 电池内部发生大规模短路，电压迅速降低。此时电池安全阀一般会打开，并伴 随电解液及高压气体释放。 

Ⅵ（300-450℃） 此时电池已经热失控，内部发生复杂的链式反应，温度迅速上升，极可能自燃 并爆炸。

Ⅶ（400-800℃） 热失控发生自燃，温度可迅速增加至800℃，如不采取相应措施，会十分危 险。

从安全生产管理角度分析

建立健全安全管理体系。电化学储能发生火灾的重要原因是电池的热失控和热蔓延。建立专业的信息化平台采集温度、电流、电压、电阻、荷电状态等信息，对电池本体的健康状态进行监测，并使用主动的电池热管理技术，可降低其热失控的风险。同时，应把电站安全管理纳入企业安全管理体系，健全安全生产保证体系和监督体系，落实全员安全生产责任制，对在建、在运储能电站实施严格的监督管理，及时筛查电站安全隐患。

提升电站应急处置能力。当前的电化学储能电站消防体系，依然遵照普通建筑物的消防标准设立，忽视了锂离子储能电站的电化学属性，也缺乏多方联动机制，应对火灾能力仍显薄弱。在电池单体发生热失控阶段，缺乏预警和阻止热失控蔓延的有效手段；热失控蔓延阶段，缺乏有效扑救的灭火介质；在消防人员处理阶段，缺乏专业的消防培训和应急预案，相关人员事故处理能力有待提高；在火灾发生后的调查阶段，缺乏对相关调查数据的建档、保存、总结机制。

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