本文來源于可再生能源雜志，目的在了解關于電池儲能防火需要了解的內容。鳴謝自主研制NTC芯片的特普生儲能CCS集成溫度采集母排，對本文的大力支持，感謝特普生海外技術翻譯官林博女士！

能量存儲系統 (ESS)

顧名思義，即存儲能量以供以后使用的系統。ESS 有多種形式和尺寸。例如，許多公用事業公司使用抽水蓄能水電 (PSH) 來儲存能量。在這些系統中，多余的可用能量用于在需求低的時候將水泵入水庫。當能源需求增加時，水從水庫中排出并驅動渦輪機發電。

PSH 系統雖然是一種有效的能量儲存方法，但在后勤方面很復雜且基礎設施密集。因此，它們通常僅用于公用事業級安裝。盡管 PSH 目前占據了 95% 的儲能份額，但公用事業公司正在加大對電池儲能系統 (BESS) 的投資。

這些電池儲能系統通常采用大規模鋰離子電池裝置來短期儲存能量。這些系統在能源生產低和/或需求高的時期上線。其目的是提高電網的可靠性并減少對其他嚴厲措施（例如輪流停電）的需求。

用于商業和住宅應用的 BESS 代表了 ESS 社區中規模雖小但增長迅速的部分。越來越多使用可再生能源發電機（例如太陽能電池板和風力渦輪機）的家庭和企業也將鋰離子電池儲能系統納入其安裝中。這允許在能源生產過剩時儲存電力，并且比將電力出售給電網然后以更高的價格買回更有價值。它還可以在停電時充當備用電源。

據估計，就BESS而言，鋰離子電池在全球擁有90%的市場份額。制造業的應用研究和經濟規模導致其安裝的財務支出減少。由于 BESS 的應用潛力以及傳統使用模式的預期增長，預計 BESS 的市場份額將呈指數級增長。

電池儲能系統是什么樣的？

鋰離子 BESS 無處不在。毫無疑問，你（間接地）擁有一個或多個——在你的手機、你的筆記本電腦中，如果你擁有一輛電動汽車，BESS也是畢不了少。如此廣泛使用的原因是它們能夠在小而輕的封裝中提供高能量密度。對于商業級安裝，電池通常固定在運輸集裝箱內的架子上或定制的設備中（如其打算供電的設施外部的結構），或者安裝在內部專門設計的地方。

每個電池都包含一個正極和一個負極，并有一個分隔器將兩者分開。電池內還包含離子傳導電解質。電解質是可燃或易燃液體，由有機溶劑中的鋰鹽組成。

電池儲能系統有哪些風險/危害？

在處理任何形式的能源及其存儲時，總是存在一定程度的風險以及相關的危險。對于 PSH，存在安全殼失敗而導致瀑布流過周圍區域的危險的風險。

BESS 在小面積內產生大量能量。這種設計雖然有效，但也產生了必須加以管理的風險。大能量+小空間=潛在問題。雖然大多數 BESS 運行時不會遇到任何不幸事件，但必須考慮并解決一個或多個電池發生故障的風險。

BESS 的主要風險是電池包損壞或系統因內部故障或外部暴露而過熱。如果風險情景成為現實，就會直接照成嚴重的危害。通常表現為釋放有毒和/或易燃氣體，這通常會導致可能的火災和潛在的爆炸。當在任何系統中識別出風險和危害時，所有者或運營商有責任采取措施將其最小化。

如何管理電池儲能系統的風險？

幸運的是，BESS 的所有者和運營商有管理這些風險的指南。鋰離子電池系統的日益普及和使用已經產生了管理其使用的標準。第一個此類標準是 2014 年發布的 UL?[  1] 標準 9540。

2017 年，UL 發布了題為 Standard for Test Method for Evaluating Thermal Runaway Fire Propagation in Battery Energy Storage Systems 的標準 9540A。在 UL 的帶領下，NFPA ?[2] 推出了 2020 版 NFPA 855：Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems ?。

在深入研究具體的風險管理策略之前，有必要了解 BESS 的故障模型。

·第 1 階段電池因機械損壞、內部或外部熱事件或電氣故障而受到損害。

·第 2 階段電池中產生并釋放少量氣體（通常是氫氣），同時釋放熱量；這被稱為“放氣”。

·第 3 階段隨著熱量水平的增加，牢房開始冒煙。煙霧的存在表明即將發生災難性事件，其中可能的結果是著火和熱失控。

·第四階段火災隨之發生，相鄰電池可能會發生連鎖反應故障，并可能發生爆炸。

熱失控 被定義為電池內部熱量上升速度遠遠快于消散速度的情況。這導致能量快速釋放，點燃廢氣相中存在的易燃蒸氣。相鄰的電池受到火災的不利影響，進而以類似的方式失效。這可能會導致多米諾骨牌效應，其中一個又一個的細胞失效并著火，通常會帶來災難性的后果。

第一道防線是電池管理系統。BMS的目的是監測電池的充電情況以及充電和放電階段的溫度。一旦檢測到溫度超過安全范圍，BMS 可能會關閉電源以防止內部電池溫度持續升高。

BMS 通常會添加一個設備來補充，該設備旨在監控外殼是否存在在排氣階段釋放的易燃或有毒蒸氣。這些設備的響應時間非常快，即≤ 5 秒。檢測到后，會向 BMS 發送信號以切斷電池的電源。還可以啟動通風系統以從 BESS 外殼中排出易燃蒸氣。

如果發生火災，會發生什么情況？如何處理？

涉及 BESS 的火災是有問題的，出于多種原因：

· 熱失控導致火災不斷升級。

· 電池中陰極的消耗被認為會自行產生氧氣。

· 熱失控事件是放熱的，釋放的熱量使得冷卻熄滅變得困難。

多種燃料可供消耗：

· A類：電線包覆層、高分子部件等。

· B類：電解質、溶劑、易燃氣體

· C類：未燃燒電池的電量/剩余電壓

· D類：陰極中的可燃金屬（瞬時事件）

- 單元格的設計必然會導致深層、難以觸及的火災。

鑒于鋰離子 BESS 的特殊危險性，需要特殊的滅火系統。傳統的滅火系統通常無效或效率低下。以自動噴水滅火系統為例。雖然測試表明它們可以有效撲滅鋰離子電池火災，但使用它們仍然存在缺點。

在電子設備上噴水可能會導致電氣故障（例如 BESS 中的短路）。此外，還可能損壞周圍未燃燒的電池。電池的機架安裝通常會阻礙水到達火處。人們擔心在抑制活動期間使用大量的水可能會滲透到地下水中，從而對環境造成影響。這些水必須通過水處理設施進行容納和處理。

最后，許多 BESS 位于供水有限或無法供水的偏遠地區。幸運的是，BESS 滅火有一個很好的選擇。冷凝氣溶膠裝置是一項經過驗證的技術，可用且易于安裝。NFPA 2010：固定式氣溶膠滅火系統標準? 涉及冷凝氣溶膠系統的使用和安裝。

用于 BESS 的冷凝氣溶膠裝置充當全淹沒系統，是 A 類（表面）、B 類和 C 類火災的上市滅火劑。冷凝氣溶膠裝置的一個顯著特征是它們是獨立的并且不需要管道。僅此一項功能就將它們與許多其他系統區分開來，這些系統可能需要大量管道、供水、泄壓裝置或容納滅火系統的專用外殼。

冷凝氣溶膠裝置的其他功能包括：

· 輕松改造現有裝置

· 低維護

· 比其他類型的已安裝系統更具成本效益

· 無環境影響

冷凝氣溶膠火焰抑制裝置可以通過兩種不同的方法激活：

1. 它們連接到煙霧探測系統。一旦煙霧探測器感應到煙霧，它就會發出一個信號，使裝置放電。

2. 冷凝氣溶膠裝置本身可以指定內置熱檢測/激活裝置。由于它們安裝在容器的頂部，它們可以快速檢測到規定激活水平的熱量并排放其內容物。

激活后，冷凝氣溶膠裝置會釋放出高度電離的鉀滅火顆粒的超細懸浮液。這些顆粒與燃燒產生的自由基結合。這會中斷火災的反應路徑，從而實現滅火。在 BESS 中，顆粒在空氣中保持懸浮長達 20 分鐘，以防止再次閃蒸。

復燃是一種必須認識到的危險

由于 BESS 火災的深層性質以及滅火后易燃蒸氣和熱量留在容器中的事實，打開外殼時必須小心。這種危險在 2019 年亞利桑那州消防員對 BESS 火災事件做出反應時得到了戲劇性的體現。打開外殼后，氧氣進入，發生爆炸。七名消防員受傷，一人死亡。

為防止類似情況發生，建議在打開外殼之前先冷卻內部。一種經濟高效的方法是在外殼內安裝干式噴水滅火系統。“干管”表示沒有專用供水；該系統由消防設備供水。

使用干式管道系統僅允許排放冷卻所需的水，而標準噴水滅火系統將連續流水，直到響應人員將其關閉。因此，干式管道系統可防止對未燃燒的電池造成不必要的水損壞。

電池儲能系統是能源管理和存儲的必要應用。毫無疑問，它們將在未來變得更加普遍。隨著 BESS 數量的增加，安裝中發生火災或爆炸的可能性也會增加。鑒于 BESS 火災的猛烈和危險性質，認識到并采取必要措施來減輕相關風險和危害至關重要。