全球最大储能电站起火背后的真相

美国当地时间5月15日，加州圣地亚哥市Otay Mesa Gateway 储能电站发生重大火灾。这座储能电站由圣地亚哥电网基础设施开发商LS Power运营，装机容量250MW，占地面积80,000平方英尺，曾经是全球最大的储能项目。电站大火持续14天后终于在5月28日被扑灭，长时间的着火以及带来的环境破坏引起业内极大关注，让人们不禁担忧电池储能的安全性、可靠性和发展前景。

据了解，Gateway 储能电站使用的是三元锂电池，由LG Chem提供电芯，NEC ES提供储能系统集成方案，美国电网基础设施开发商 LS Power 负责运营。据产业π初步分析，此次火灾的可能原因主要有以下几个方面：

Gateway 储能电站于2020年并网且采用的是LG Chem的三元锂电池，而LG Chem的电芯具有明显缺陷。据统计，2017年8月-2019年10月，韩国发生的27起ESS火灾事故中，有17起事故装置的是LG  Chem生产的锂电池；2020年12月，LG Chem宣布在美国召回其部分Resu10H家用型储能系统产品（ESS），原因是内部搭载的电芯存在发热起火风险；截至2023年9月LG Chem在全球共发生了73起电池热失控事件。同时使用的三元锂电池比磷酸铁锂电池更容易热失控，因为三元锂电池热失控的温度一般在120-140℃之间，磷酸铁锂热失控的温度在250-300℃之间。

Gateway储能电站采用了一种创新的建筑式叠层布局，将大容量电池集中存放在密闭的空间内。然而，这种设计在面对火灾时存在一定的安全隐患。一旦消防药剂耗尽，应对措施相对有限，只能选择向内部注入水或从外部进行喷水灭火。这种方法不仅可能对监控系统造成损害，还可能导致系统失效，使得内部环境变得不可见、不可控。在这种情况下，火灾有可能重新燃起甚至进一步扩散。Gateway储能电站的这种空间布局虽然节省空间，但在安全性方面存在缺陷。

Gateway储能电站自2020年建成并网以来，由于当时技术水平的限制，其智能化程度并不高，在设计方面也存在不足，导致预警和维护手段较为单一。例如电站的监控系统可能无法实时监测到潜在的安全问题，而维护团队可能缺乏有效的工具和方法来进行预防性维护。

Gateway储能电站大火吸引了极大关注，除了企业，国内各地方政府等对此次事件也非常关心。因为近两年来我国装机了大量电池储能，仅2023年就新增装机21.5GW新型储能（以电池储能为主），这给电池储能系统的安全管理带来了非常大的压力。为此，产业π就全球主要国家的电池储能安全事故进行了分析调查。

关于电池储能电站事故原因的透明度仍然有限，据美国电力研究协会（EPRI）数据，32.1%的储能事故已明确具体原因，但仍有67.9%的事故未明确原因。这是因为电池OEM和集成商往往不愿透露故障的原因，而且许多调查报告还没有向公众发布，目前有待于专业的第三方机构提供公正、权威的评估报告。

已明确具体原因储能事故占比

数据来源：EPRI，产业π制图

在电池储能系统的全生命周期内，72%的事故发生在施工、调试期间或运行的前两年。可能是因为这一阶段系统组件和操作流程尚未完全稳定，人员对设备和系统的熟悉程度不足。这也意味着前两年的集成、组装和施工是电池储能系统事故风险缓解的关键阶段，也有可能是由于早期装机量少的缘故。

不同时期储能事故数量

数据来源：EPRI，产业π制图

从已查明原因的储能事故来看，集成环节最容易发生故障，占比为36%。这是因为集成已从早期的简单电池堆叠转换到现代高度集成和智能化的复杂系统，这其中不仅涉及到电池单体的设计和制造，还包括电池管理系统（BMS）、能量转换系统、热管理系统等多个子系统的集成。这使得集成需要更加精细化，同样也就导致集成容易出现事故；其次是操作环节，占比29%；设计环节和制造环节分别占比21%和14%。

电池系统事故原因

数据来源：EPRI，产业π制图

控制设备是导致组件故障的主要原因，占总体故障46%。值得注意的是，许多被归类为控制故障的事件与限制电池状态（SOC）、电压和电流的操作问题有关，这些问题是由于电池单元的限制。这些故障被归类为控制故障，而不是电池/模块故障，因为如果保持更有限的操作窗口，这些故障本可以避免。43%的质量保证项目都与平衡系统（BOS）有关，只有11%的分类事件，直接归因于电池单元/模块。

事故主要故障元件

数据来源：EPRI，产业π制图

电池储能系统故障发生国中，我国的电池储能系统故障占比为6.7%，而美国则以26.7%的高故障占比排名第一。美国电池储能系统故障较多的原因主要系采用三元锂电池储能或者梯次利用动力电池，导致相关事故频繁发生。

不同国家储能事故发生率

数据来源：EPRI，产业π制图

尽管储能系统偶尔也会闹点情绪，比如来个“火冒三丈”。但是储能在平衡电网、支持可再生能源、甚至小到手机没电时都扮演着不可或缺的重要角色。

2013年-2023年，全球光伏累计装机从141GW跃升至1473GW，CAGR为22.3%。我国光伏累计装机量从7GW飙升至610GW，CAGR为42.2%。如果按光伏装机量的10%来算，仅光伏产业就需要61GW的储能，而截至2023年底，我国新型储能累计装机量为34.5GW。如果再加上其他产业以及电网侧、用户侧储能等，当前储能远远不能满足相应的需求，这意味着新型储能的装机量也将逐步攀升以匹配巨大的市场需求。

2013年-2023年光伏累计装机量

数据来源：《世界能源统计年鉴》，产业π制图

2021年-2023年中国新型储能装机规模

数据来源：iFind，产业π制图

随着储能装机规模的逐渐上量，我国新型储能从2021年仅占全部电力储能12.5%攀升至2023年的39.9%。而新型储能中锂电池又占据绝对主导地位，从2021年的89.7%提升至2023年的97.3%。短期内锂电池的地位难以撼动，但可能会出现一些新形式的锂电池，如清陶能源已在成都规划、建设固态电池储能生产基地。

锂离子电池占新型储能份额

数据来源：iFind，产业π制图

电池储能系统，偶尔也会遭遇它的“水逆”——火灾。从北京大红门的储能电站到Valley Center的储能项目，再到蒙特雷太平洋瓦电的变电站，以及Moss Landing的一期储能项目，这些地方都曾目睹过电池的“火爆”场面。随着电池储能市场不断扩大，其安全性问题将日益受到行业和公众的关注。不断优化的监管政策和技术标准将推动电池储能安全性能的提升，确保其在能源转型的浪潮中稳定运行。