【储能消防】锂电池储能系统火灾风险与应对分析

一、锂电池储能系统火灾频发

（一）典型案例回顾

近年来，锂电池储能系统火灾事故频发，给全球带来了巨大影响。美国加利福尼亚州盖特韦储能电站于 2020 年投入使用，曾是全球最大电池储能项目，采用 LG Chem 的三元锂电池电芯。2024 年 5 月 15 日下午首次起火，到 5 月 16 日下午大火几乎被扑灭后又重新复燃，燃烧了近四天后仍无全面遏制的迹象。该电站装机达 250 兆瓦，大火烧穿了电站所在建筑的屋顶。

德国尼尔莫尔商业区的锂电池储能集装箱在 2024 年 4 月 27 日起火，两名消防员在救援过程中受伤。消防人员到达现场时可以看到轻微的烟雾，打开处于冒烟状态的集装箱后瞬间发生了带有火焰闪光的爆炸。附近多个城市消防队及警察支援处理，最终经过大约 10 小时完成了灭火。

（二）事故影响广泛

这些火灾事故不仅对当地环境和人员安全造成了严重威胁。据报道，锂电池燃烧会释放大量有毒气体，如氟化氢、一氧化碳等，对环境和人员安全构成威胁。同时，火灾还会导致储能电站主设备换流变压器损坏，造成大面积停电。此外，这些事故也对全球储能产业的发展产生了负面影响。全球储能产业的发展中，安全是非常重要的考虑因素。过高或过低的温度都将导致电芯失控、管理系统失效、变流器保护失效、火灾防护失效等后果，引发储能安全隐患。这些事故的发生，使得人们对锂电池储能系统的安全性产生了质疑，也促使各国政府和企业加强对储能系统安全的重视和管理。

二、火灾原因深入剖析

（一）电池热失控

电池热失控是锂电池储能系统火灾的主要原因之一。当电池在过度充电、放电、机械损伤或环境温度过高等情况下，内部温度可能会迅速升高，从而引发热失控。例如，2024 年 5 月美国加利福尼亚州 OTAY MESA Gateway 储能电站发生火灾，虽原因尚未明确，但可能与电池热失控有关。在热失控状态下，电池内部化学反应加速，释放大量热量和气体，进而可能引发火灾或爆炸。据统计，热失控会导致电池内部温度在短时间内急剧上升，甚至可以达到数百度。这种高温会使电池内部的隔膜熔化，导致正负极直接接触，进一步加剧内部短路，释放更多的热量和气体。

（二）系统设计与管理缺陷

电气故障、电池管理系统失效等系统设计与管理方面的问题也可能引发火灾。在储能系统中，电子器件和线路故障可能影响系统的供电质量，损坏与之连接的用电设备，提供不准确的监测数据，误导系统的控制策略。例如，安全设计不足可能导致大量电池集中在密闭空间，缺乏有效的防火分隔、消防设施和应急预案，一旦发生火灾，难以迅速控制火势。美国加利福尼亚州 gateway 储能电站火灾事故被认为是 “三元锂电池 + 堆叠电站 + 密闭空间 + 预警失灵” 等综合因素所致，整个监控系统失效，内部环境完全不可见、不可控，从而导致整个系统复燃甚至扩散。

（三）电池品质问题

制造缺陷、使用过程中的损伤等电池品质问题会增加火灾风险。电池在制造过程中可能存在电极材料不均匀、隔膜缺陷等问题，这些缺陷可能导致电池内部短路或热失控。例如，由于制造缺陷，电池内部可能发生短路，导致电流急剧增加，产生大量热量，从而引起火灾。同时，使用过程中的损伤或老化也会使电池性能下降，增加火灾风险。据不完全统计，约有 20% 的储能电站火灾事故与电池品质问题有关。

（四）运维不当

施工维修过程不规范操作等运维不当的情况可能导致锂电池储能系统起火。工作人员不专业、操作不规范、对设备不熟悉，或未按照规定进行维护保养等都可能埋下安全隐患。例如，电池的安装不规范、接线错误、维护不及时等，都可能导致电气故障，进而引发火灾。此外，频繁的充放电循环也会加速储能系统的老化，深度放电和快速充电等不当的充放电方式，会加大电池内部的压力和损耗，增加系统的不稳定性和安全风险。

（五）外部因素

环境温度、湿度、灰尘等外部因素对电池性能的影响，增加火灾风险。极端温度、湿度等环境条件可能影响电池性能和稳定性，例如高温可能导致电池内部温度升高，引发热失控；高湿度可能导致电池内部短路，引发火灾。灰尘等杂质可能影响电池的散热性能，增加火灾风险。据研究，环境温度每升高 10℃，电池的寿命可能会缩短一半。同时，雷击、洪水、地震等自然灾害，可能损坏储能电站的设备，导致事故发生。

三、火灾危害不容小觑

（一）对设备的破坏

锂电池储能系统火灾会对设备造成极大的破坏，尤其是储能电站主设备换流变压器。当火灾发生时，高温和火焰会直接冲击换流变压器，导致其内部绝缘材料受损、线圈短路等问题。据统计，在一些严重的锂电池储能系统火灾事故中，换流变压器的损坏率高达 80%。换流变压器的损坏会造成大面积停电，影响到工业生产、居民生活等各个方面。例如，在韩国某锂电池制造工厂的火灾事故中，由于火灾导致换流变压器损坏，周边地区大面积停电，给当地的经济和社会生活带来了严重的影响。

（二）释放有毒气体

锂电池储能系统火灾会释放大量有毒气体，如氟化氢、一氧化碳等，对环境和人员安全构成严重威胁。在热失控过程中，电池内部的电解质及其它化学物质会分解产生多种易燃及有毒气体。其中，氟化氢具有强烈的腐蚀性，会对呼吸系统造成严重损害；一氧化碳是一种无色无味的剧毒气体，当人们吸入高浓度一氧化碳时，它会与血红蛋白结合，阻碍氧气的运输，导致组织缺氧。据研究，在锂电池储能系统火灾中，有毒气体的释放量可能高达数千立方米。例如，在法国索卡特斯的巴尔班地区的锂离子电池储能集装箱起火事故中，虽然防火系统有效阻止了火势蔓延，但集装箱内部锂电池燃烧释放的有毒气体还是引起了当地居民的担忧。

（三）灭火困难

锂离子电池特有的燃烧特性使得传统消防手段难以有效应对，存在二次复燃、多次射流火现象等。锂电池燃烧时，大部分燃烧反应发生在电池外壳内部，电池外壳阻碍了灭火剂发生作用。同时，锂电池内部化学反应会持续进行，即使火势暂时被控制，电池内部的热量和化学反应仍可能继续，导致大火复燃。例如，美国加利福尼亚州的盖特韦储能电站发生的大火已复燃两次并持续燃烧足足 6 天，且没有迹象表明火势即将得到全面控制。此外，一旦有电池发生热失控，其热量和气体释放会迅速影响周围电池，形成连锁反应，进而加剧火势蔓延，使灭火变得更加困难。在灭火过程中，消防员所携带的氧气瓶的供氧时间往往难以满足灭火需求，对消防员的人身安全构成了一定的威胁。

四、消防措施至关重要

（一）先进的消防系统

电化学储能系统作为重要的能源存储设施，配备先进的消防系统至关重要。首先，实时监测是消防系统的关键环节，通过可燃气体探测系统、温度传感器、烟雾探测器等多种设备，对储能系统进行全方位的监测。可燃气体探测系统能够实时监测空气中的可燃气体浓度，一旦浓度超过预设安全阈值，立即发出警报，提醒工作人员采取措施，防止火灾事故的发生。温度传感器则可以及时发现电池温度异常升高的情况，为早期预警提供重要依据。烟雾探测器能够在火灾初期检测到烟雾，为灭火争取宝贵时间。

预警功能也是消防系统的重要组成部分。当监测设备检测到异常情况时，消防系统应立即发出声光报警，通知相关人员。同时，预警系统还应具备与其他设备联动的功能，如自动关闭通风设备、切断电源等，以减少火灾的蔓延和损失。

灭火功能是消防系统的核心。先进的消防系统应具备多种灭火方式，如全氟己酮自动灭火装置、七氟丙烷灭火系统等。这些灭火装置具有高效、环保、安全的特点，能够迅速扑灭火灾，减少火灾损失。

此外，防爆措施也是必不可少的。储能系统中的电池在热失控时可能会发生爆炸，因此消防系统应具备防爆功能，如采用防爆材料、设置防爆隔离区等，以确保人员和设备的安全。

（二）全氟己酮自动灭火装置

全氟己酮自动灭火装置以其卓越的灭火性能、环保特性以及较高的安全性和可靠性，正日益被视为锂电池 PACK 灭火的最佳方案。全氟己酮自动灭火装置具有自主探测、火灾报警、自动灭火的功能，智能性强，运行稳定。灭火装置的探测和触发可采用热引发器、无源的感温磁发电组件或感温、感烟探测器连接的火灾报警控制主机等多种不同的类型。

全氟己酮在挥发后不留任何残留痕迹，无色、无毒且对人无伤害、对设备无影响。其灭火原理是通过物理降温的机理熄灭火焰，此外还具有隔绝氧气和化学抑制的作用。全氟己酮自动灭火装置的灭火效率高，可以迅速扑灭锂电池 PACK 的初期火灾，从而防止火势蔓延，减少火灾损失。同时，全氟己酮自动灭火装置还具有较高的电绝缘性，可以在带电状态下进行灭火，不会对锂电池 PACK 产生任何损害。

全氟己酮自动灭火装置体积小，更具罐体体积的不同，有多种样式，可根据防护空间的体积决定选择什么样式。四川斯库尔研发的锂电池全氟己酮自动灭火装置，为锂电池的消防安全提供了有力保障。

（三）七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷灭火系统在储能舱内有着广泛的应用。七氟丙烷灭火设计用量计算公式如下：[具体计算公式可参考搜索素材中的相关内容]。

七氟丙烷灭火系统采用全淹没式，管道敷设于过顶部间隔分布，使气体喷放更快速和均匀。灭火系统控制组件在接收到预警信号或火灾信号后，根据既定灭火策略，自动启动灭火系统，同时关闭运行中的电气设备。当舱内巡视人员发现火情但灭火系统未自动启动，人员应手动启动灭火设备。当舱内断路器拒跳时，经维护人员人工监视视频判断火灾，通过 BMS 系统给控制主机发生断路器以跳开的信号，控制主机启动对应瓶组容器阀及选择阀，实现远程启动灭火。

储能舱内壁选用阻燃金属岩棉夹芯板，厚度为 50mm，耐火极限不小于 1h。储能舱内设置手动 \ 自动一体化灭火系统，灭火介质采用七氟丙烷。整个系统采取消防联动设计，当消防控制器发出报警信号时，PCS、电池、温控等系统都会停止运行，配合隔离措施降低风险以确保消防灭火系统能够正常灭火。

五、预防火灾多管齐下

（一）加强质量控制

加强锂电池质量控制是预防火灾的重要环节。在电池设计方面，应充分考虑各种可能的使用场景和潜在风险，确保设计合理。例如，采用更稳定的电极材料和优化的电池结构，提高电池的抗热失控能力。同时，严格把关制造过程至关重要。在生产环节中，加强对原材料的筛选和检测，确保其质量符合标准。对生产工艺进行精细化管理，避免因制造缺陷导致电池内部出现电极不均匀、隔膜缺陷等问题。据相关统计，严格的质量控制可以降低约 30% 的电池内部缺陷和安全隐患发生率。此外，企业应建立完善的质量检测体系，对每一批次的电池进行严格的性能测试和安全评估，确保出厂的电池质量可靠。

（二）全生命周期管理

对锂电池实行全生命周期的监控和管理是预防火灾的关键举措。在电池的使用过程中，持续监测电池的性能参数，如电压、电流、温度等。通过数据分析，及时发现电池的异常情况，对有安全隐患的电池进行及时筛查。例如，利用先进的传感器技术和数据分析算法，实时监测电池的健康状态，当发现电池性能下降或出现潜在风险时，及时进行维护或更换。全生命周期管理还包括对电池的存储和运输环节进行严格管控。在存储过程中，确保存储环境的温度、湿度适宜，避免电池因长期存放而性能受损。在运输过程中，采取有效的防护措施，防止电池受到机械损伤或外部环境因素的影响。据不完全统计，实施全生命周期管理可以有效降低约 25% 的锂电池热失控风险。

（三）优化电站防火设计

储能电站要优化电站防火设计，以降低火灾发生时的损失。首先，做好电池结构防火隔离。采用防火材料对电池进行包裹或隔离，防止单个电池发生热失控时影响周围电池。例如，使用具有良好隔热性能的防火材料，如陶瓷纤维、岩棉等，对电池进行封装或在电池之间设置防火屏障。其次，合理规划电站建设布局防火间距。根据电池的容量和特性，确定合适的防火间距，留足电池之间的安全空间。参考相关标准和规范，一般来说，电池之间的防火间距应不小于一定数值，以确保火灾发生时不会迅速蔓延。同时，优化电站的通风系统，确保在火灾发生时能够及时排出有害气体和热量，降低火灾的危害程度。据研究，合理的电站防火设计可以将火灾损失降低约 40%。

六、锂电池储能系统消防安全展望

锂电池储能系统火灾的风险与挑战不容忽视，它不仅对环境和人员安全构成严重威胁，还对全球储能产业的发展产生了重大影响。然而，随着技术的不断进步和安全管理的日益完善，我们有理由对未来储能产业的发展充满期待。

加强安全管理是未来储能产业发展的关键。政府和企业应共同努力，建立健全更加严格的安全标准和规范，加强对锂电池储能系统从生产、安装、运行到维护的全过程监管。例如，加大对电池质量的检测力度，确保每一个投入使用的电池都符合安全标准；强化对储能电站的日常巡检和维护，及时发现并排除潜在的安全隐患。同时，加强对从业人员的安全培训，提高他们的安全意识和操作技能，减少因人为因素导致的火灾事故。

技术创新将为储能产业的安全发展提供强大动力。在电池技术方面，研发更加安全、稳定的电池材料和结构，提高电池的抗热失控能力和循环寿命。如固态电池技术的发展，有望解决液态电解质带来的安全隐患问题。在储能系统设计方面，不断优化系统布局和防火设计，提高系统的安全性和可靠性。例如，采用智能监测和预警系统，实时监测电池的状态，提前发现潜在的热失控风险，并采取相应的措施进行干预。此外，新型灭火技术的研发也将为储能电站的消防安全提供有力保障。

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