储能电站失火“频发”：看储能四大安全技术“进阶”

今年以来，已相继发生多起储能电站失火事件，且多发生在海外地区，所涉及的储能产品多来自海外头部储能集成商，这对全球范围内的储能企业都具有警示意义，同时也倒逼储能行业对安全技术更极致的探索与研发。

10月2日，美国爱达荷州梅尔巴附近的Idaho Power变电站储能设施发生了燃烧。

9月26日晚，澳大利亚昆士兰博尔德科姆电池项目的一个特斯拉Megapack 2.0模块发生火灾。据悉，该项目规模达50MW/100MWh，发生火灾的Megapack当时处于调试阶段。

8月26日，法国Barban地区发生了一起锂电池储能集装箱起火事故，火灾发生前该储能电站正在接受调试。

7月27日，纽约州Chaumont村莱姆小镇附近的一个太阳能+储能项目中的电池储能系统设备起火。

6月，美国纽约州Warwick项目不到24小时接连发生两起储能系统火灾，该项目采用的是Powin Energy公司生产的Centipede模块化电池储能解决方案。

5月，纽约长岛的东汉普顿储能中心5MW/40MWh储能系统起火。

值得关注的是，储能电站火灾频发的同时，海内外储能产业链企业也在紧跟储能安全技术的最新风向，包括但不限于在电池、温控、消防等核心安全环节的持续探索，以及BMS、EMS等数字技术方面的研究。

1、储能电池的安全进阶：材料、工艺、结构多方优化

电化学储能电站起火的内因主要包括电池、系统设备制造瑕疵引起的。从电池层面来看，影响安全的因素包括对材料的选择、电芯极片毛刺、极片含杂质、极耳过长等。

从源头看，电池材料的选择十分重要。目前Powin、Fluence、特斯拉等海外储能系统商正对加码对国产磷酸铁锂材料体系储能电池的采购。其中，特斯拉Megapack从2022年开始将电芯正极材料从三元锂变为磷酸铁锂，以降低此前使用日韩系三元材料储能电池在系统集成中的安全风险。

具体来看，Powin、Fluence、特斯拉已向宁德时代、瑞浦兰钧、远景动力、海辰储能、亿纬锂能等多家中国电池企业采购磷酸铁锂储能电池，单笔最大订单已达10GWh。

除改用更为安全的材料体系外，在电池形态方面，马斯克曾表示未来可能将磷酸铁锂4680大圆柱投入到储能产品中，但目前特斯拉4680量产未达预期，且首批电池会率先投入到动力领域，大规模应用到储能中还需等待一些时日。

电池工艺的选择对安全同样十分重要。具体来看，卷绕工艺下的储能电芯循环过程中随膨胀锂增大拐角处内应力受束缚无法释放导致拐角处发生断裂，进而导致脱粉、毛刺等问题，严重时造成内部短路，引起热失控;而叠片工艺循环过程中内应力均匀，安全性较高。

不仅如此，为降低电池温升带来的热失控隐患，储能电池刀片化亦是一大趋势。其中，蜂巢能源、益佳通、比亚迪等企业都率先推出了相关储能电芯。

具体来看，蜂巢能源飞叠短刀325Ah储能电芯厚度薄、层数少、表面积大，从而更利于散热，温升小，1C电流下升温在5℃以内;益佳通280Ah全极耳短刀片电池热均匀性好、正负极距离远、热管理难度低，在0.5C工况下，短刀电池的温差在2℃，在1C工况下，温差在4℃。

值得一提的是，储能电池大容量趋势下，300Ah+电池正受到行业关注，已有远景动力、海辰储能、瑞浦兰钧、亿纬锂能、兰钧新能源、中创新航、鹏辉能源、天合储能、远东电池、楚能新能源等多家电池企业布局。

然而，随着电芯容量增大，电芯散热更加困难，热量分布不均问题也更加明显，容易引起电芯热失控问题。

高工储能认为，电池企业通过工艺优化、结构创新等方面的研究，可以很好地应对大容量储能电池的安全问题。

具体来看，蜂巢能源将飞叠技术、L型短刀结构应用到325Ah电池中，高效的飞叠技术使电池的一致性得到保障，L型短刀结构还可以进一步控制温升，抑制热失控;瑞浦兰钧320Ah则通过问顶技术，将极耳长度由传统电芯的30mm缩短至13mm，使得电子传输电阻更低，能量效率更高，发热也更低。

2、消防技术的进阶：消防介质的革新与PACK级的细化

目前针对储能领域所制定的消防安全标准中，不得不提到UL9540A标准，其不仅是全球第一本储能系统安全标准，目前也已更新至第四个版本(2019)，且是专注于消防领域的安全标准。

不仅如此，UL9540A在安全层级的设计上也较为全面，包括电芯、模块、机柜、安装四大方面，主要通过评估不同层级热失控的特性和传播倾向，使储能系统在循环寿命中的潜在风险因素变得更加清晰。

而储能安全问题的难点就在于对热失控的控制，最严重的莫过于火势的大规模传递。

在UL9540A的强标准下，目前海外储能电站热失控范围多集中在单个集装箱内，但其配置的消防装置、排风装置并没有很好地起到扑灭火势以及遏制复燃的作用，这对系统集成商来说是必须改进的部分。

在灭火方面，储能集装箱灭火系统常用的灭火介质主要包括干粉、气体和液体，应用的主要有水、全氟已酮、七氟丙烷等介质，可以扑灭火灾并阻止复燃。

其中水降温效果最好，但存在电气故障的风险，七氟丙烷灭火响应时间最短。一直以来，国外储能消防都是以七氟丙烷灭火系统为主，但随着联合国《蒙特利尔国际公约》的制定与实施，七氟丙烷已在2018年已经退出了国外储能消防市场。

而全氟已酮目前凭借不导电、无毒害、对设备二次损害小等特点，正逐渐获得海内外储能消防市场的认可。

此外，储能电池发生热失控后，会产生氢气、一氧化碳、甲烷等可燃气体，当达到一定浓度后，与空气中的氧气结合，在达到一定的温度时就会触发火灾甚至爆炸。而针对可燃气体聚集问题，目前较为主流的泄爆方案包括在箱体顶部、两侧安装。

现阶段，储能系统消防分为舱级、簇级和PACK级别。其中，舱级消防得益于较高的性价比，目前是行业内的主流方案。

为追求更细致、精准的消防效果，中国储能消防安全目前已从舱级进阶到PACK级别，其要求“锂离子电池室/舱自动灭火系统的最小保护单元宜为电池模块，每个电池模块可单独配置灭火介质喷头或探火管”。

PACK浸没式消防则是将火灾抑制剂通道连接至系统内部每一个PACK中，当告警型号被触发时，会根据每个PACK内部的监测模块提供的定位信息，开启消防主机以及对应电池簇的消防电池阀，向发生明火的电池PACK注入灭火剂，实现秒级别灭火，小时级别不复燃的效果。

3、温控技术的进阶：风冷、液冷、浸没式、无空调冷却

温控技术方面，目前储能温控技术主要包括风冷、液冷两大技术路线，为寻求市场差异化，目前部分企业还推出了浸没式液冷、无空调冷却等新型温控技术。

风冷即利用空气作为冷却介质对电池系统进行冷却;液冷系统一般采用乙二醇水溶液作为冷却剂，冷却液流经集成在电池系统内部的液冷板，以降低电池温度。

海外市场此前以风冷技术路线为主要方案，目前头部企业已进阶到液冷方案。

其中，Fluence在2020年以前的集成产品均为风冷方案，2020 年后推出的新一代产品中，光伏配储和工商业储能产品提供风冷和液冷两种选择，电网级储能产品仅提供液冷配置。

而在特斯拉最新的大型储能产品Megapack2 XL，采用了冷机组类似特斯拉车用的热管理系统。液冷机组的水泵、储液罐、进出水管和电控等部件安装在预制舱中间隔室内，散热器和风扇安装在预制舱顶部的隔室内。

由此可见，海外市场对液冷接受度较高。对比国内市场，当前国内储能液冷渗透率较低，但根据GGII数据，国内储能领域液冷温控渗透率预计到2025年有望迅速提升至45%。

且随着液冷技术换热系数高、比热容大、冷却效果好的特点正被国内市场认可，国内头部储能企业也开始布局液冷产品。

国内液冷储能产品主要包括：宁德时代Ener One、比亚迪Cube、阳光电源PowerTitan、PowerStack、G2 Elementa、远景智慧液冷储能系统、蜂巢能源钜·一体化液冷储能系统等。

更进一步，储能温控技术与消防结合，还衍生出了浸没式液冷技术，该技术区别于液冷板间接式冷却方式，而浸没式则把电芯浸泡在特定的冷却液中，通过液体把热量带走，以此实现热管理。与此同时，液体还可以起到消防的作用。

目前，楚能新能源、南瑞继保、易事特、科创储能等企业都布局了浸没式液冷产品。其中，楚能新能源储能“浸默”电池安全系统，以主动浸没式液冷为亮点，可在3分钟完成内将热失控电池包完全浸没，抑制电池热蔓延，减少经济损失。

无空调温控技术方面，目前宁德时代推出了零辅源光储融合系统，天合储能则公布了无空调系统的解决方案，两大产品都主要与高温储能电芯搭配使用。

针对无空调冷却技术的创新，宁德时代储能方案总监唐志尧介绍，零辅源光储融合系统解决方案，使用高温电芯技术，有效提高储能高温环境适应性，无需冷却。天合储能产品研究院院长杨凯博士则表示，如果把电芯的最佳运行温度提高到45度，空调基本就无用武之地了。

4、数字化在储能安全中的应用

从储能电站投运的环境来看，大多处于戈壁荒漠地带，且运营时间长达10年以上，单纯通过人力对电站进行监测、维护、追踪的效果十分有限，更多的情况是无人值守。

因此，储能电站对远程控制、BMS、EMS、AI等数字技术的投入可有效预警储能电站事故的发生，起到及时止损的作用。不仅如此，储能系统实现数字化，可进一步满足新型电力系统安全、高效、柔性、灵活、智慧等需求，发挥储能的真正的价值。

采日能源董事长李峰也曾告诉高工储能，经验、数据、算法是储能市场未来的核心。”通过算法深层次的不断验证、不断修复，才能最大效率地保障储能安全。

具体来看，BMS 主要负责监测电池的充电情况以及充电和放电阶段的温度，当检测到温度超过安全范围时，BMS会形成相关数据向上层管理系统上报，以及时关闭电源，防止内部电池温度继续升高。

考虑到储能电站向GWh迈进，以及电站10年以上的运营时间等因素，对BMS处理数据的可靠性、精确度、响应速度、储存时长提出了更高的要求。

EMS则负责监控系统运行中的故障异常，并基于大数据进行可视化故障预测，利用多种人工智能算法模型，对电池的生命周期进行可视化分析，识别故障的早期征兆并做出安全预警设计，提升储能安全性。

宁德时代零辅源光储融合系统中，每一个组串式光储变流器都搭载独立的本地能量管理系统(Local EMS)，其不仅可以实现毫秒级响应，实现输出功率“零”偏差，运用到安全方面，可及时进行事故预警。

华为数字能源FusionSolar智能光储解决方案，通过数字技术与电力电子技术的融合，实现精细化监控与充放电管理，并通过数字孪生技术感知电站的每一个部件，保障更为细致的安全。

海外方面，Fluence最新产品Gridstack Pro电池储能系统，可处理更先进的数据采集和热管理，对系统架构的所有层进行全面的软件控制;特斯拉则开发了Powerhub实时监控平台，所有的Megapack都可连接到该平台，用于管理储能发电和微电网。

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