儲能電站爆炸事故：新能源的冰與火之歌！

一、導讀

隨著新能源研究與應用浪潮的推進，以電動汽車為代表的新一代產業正蓬勃發展。然而，其中關鍵的電池儲能技術是否已經達到近乎“成熟”的商業化？基礎研究是否已經實現對重要關鍵問題的解決？

一些突發的現實應用場景問題，可能正為這一新興技術的發展帶來“冰雪”。

例如，2021年4月16日，北京集美家居大紅門的儲能電站起火，電站北區在毫無征兆的情況下突發爆炸，導致2名消防員犧牲，這起重大事故背后能否帶給我們些許思考與啟迪？

二、光儲充電站的事故與影響

事故發生后，中國電力科學研究院—儲能與電工新技術研究所發布了一份事故報告分析，那么，其中有哪些關鍵信息呢？

1) 光儲充一體化電站

本次發生事故的電站類型為“直流光儲充一體化電站”，主要包括如下幾個部分：

A. 1.4MWh的屋頂光伏

圖1 單晶硅光伏面板 圖源：事故分析報告

B. ?25 MWh的磷酸鐵鋰電池儲能

圖2 儲能電池 圖源：事故分析報告

C. 單槍150 KW大功率直流快速充電樁

圖3新能源汽車充電樁 圖源：事故分析報告

該電站主要利用家居廣場天臺的空間架設太陽能電池板進行發電，再利用鋰電池儲能，最終實現充電輸出。據事故分析報告披露，“在傳統的電動汽車充電站中，充電樁輸入的是交流電，而新能源車的大功率充電使用的是直流電，因此需要配備一圈交流轉換直流的設備。而該電站的電池級聯輸出本身為直流電的特性，去除了相應的“交轉直”、“直轉交”的變電設備，電池直接串聯至 750 V，經過多機并聯，使得每個充電樁都可以達到150 kW ，250 A， 750 V的參數。因此，這一設計對電池、開關等器件的質量和電氣安全要求更高。

2) 電站事故

圖4 事故現場 圖源：事故分析報告

2021年4月16日12時17分，119接到火情報告，同時派出47 輛消防車和?235名指戰員。

14時15分，消防隊員對電站南區進行滅火處置時，在沒有任何征兆的情況下，北區突發爆炸，直接導致2名消防員犧牲,1名消防員受傷以及電站內1名員工失聯。

23時40分，徹底撲滅明火，繼續進行降溫處理。

據悉，在事故發生前，電站正在進行施工調試作業。

3) 事故起因

如上述現場情況所述，“毫無征兆”四個字是關鍵。鋰電池系統的爆炸似乎就像一枚無法預知爆炸時限的“無定時自發炸彈”，因此，在極端條件下，內外多重因素共同作用，最終導致熱失控爆炸，而電解液等化學成分又促成了更為激烈的狀況。事故報告從儲能電池安全質量、儲能系統電氣拓撲、電池管理系統、電纜和線束現場布局、電站防火設計、電站配套的監控預警滅火系統及消防用水、氣象環境因素、人員現場操作和管理制度等八個方面進行了分析。

最終結論為：不能下定論。

4) 后續影響

該事故發生的直接影響是多地的儲能電站在建項目出現停工或暫緩建設。不過，4月21日，國家發改委、國家能源局聯合下發了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）》文件，可見，儲能技術的應用并未受到大的影響，政策面依舊鼓勵持續推進。意見指出：

i) 到 2025年，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展轉變。新型儲能技術創新能力顯著提高，核心技術裝備自主可控水平大幅提升，在低成本、高可靠、長壽命等方面取得長足進步，標準體系基本完善，產業體系日趨完備，市場環境和商業模式基本成熟，裝機規模達 3000 萬千瓦以上。新型儲能在推動能源領域碳達峰碳中和過程中發揮顯著作用。

ii) 到 2030年，實現新型儲能全面市場化發展。新型儲能核心技術裝備自主可控，技術創新和產業水平穩居全球前列，標準體系、市場機制、商業模式成熟健全，與電力系統各環節深度融合發展，裝機規模基本滿足新型電力系統相應需求。新型儲能成為能源領域碳達峰碳中和的關鍵支撐之一。

在碳達峰、碳中和的時間節點上，儲能技術其實是至關重要的一環。因為諸如光伏、風力發電等清潔能源，其固有的穩定性問題對電網運行而言是不利的，而儲能恰恰就像一道“電力大壩”，具備調控、存續的獨特優勢。因此，儲能是新能源發展路上必不可少的一環。

三、國外事故

近年來，國內外發生過多起儲能系統的爆炸事故，那么，類似事故都有怎樣的特點？能帶給我們哪些指示性的信息？

1) 韓國鋰電儲能電站事故

?韓國在新型儲能系統的發展領域位居世界前列，近些年新增的儲能系統總裝機容量增長迅速。然而，韓國境內發生的安全事故數近乎位居世界首位。據韓國政府組織的事故調查報告指出，多數事故發生在充電后，少數發生在充放電期間和施工調試階段。通過進行電池火災的模擬實驗，研究表明，質量有瑕疵的電池并不會導致失火等事故，但可能是誘發因素。

?電池系統的外部電路、管理系統與安全保護措施等模塊未能起到真正的阻止失控發生的作用可能是導致火災等事故的重要原因。

2) 美國亞利桑那州儲能電站事故

2019年4月19日，美國亞利桑那州的McMiken電站發生爆炸。據后來的相關報道顯示，其主要原因可能并非電池本身導致，即：電池模塊本身沒有爆炸，而是容器內的氣體達到了爆炸點。

四、電化學儲能系統的安全

鋰電池的性能衰減、內部短路、外部系統的反應機制與響應時間、綜合控制系統對電流電壓等重要參數的調控等多重因素是導致鋰電儲能系統發生爆炸事故的誘因。因此，具體到單個事故上，可能是一個小的誘因觸發一系列連鎖反應。

例如，電池過充、過放、快充引起的局部熱效應，電路系統不穩定導致的瞬時短路，電池過熱破裂泄露的氣體迅速燃燒、環境灰塵與顆粒進入到儲能系統內部等因素都可能最終導致不可挽回的巨大事故。

圖5 電池性能衰減的多重因素 @ Elsevier

如圖5所示，鋰電池性能衰減的機制與衰減模式非常復雜。目前的基礎研究成果，大多數集中在如何開發高性能的新型電池，以及圍繞單個電池的一些安全實驗，比如針刺、燃燒等測試。但是，基本少有圍繞規模化電池組件系統的真實場景條件下運行的安全實驗，大多數是基于理論模型的預測。

此類系統性安全評估是未來確保電化學儲能系統成熟化的必要步驟，因為孤立的電池性能即使達到極致，但不能確保集成后的系統穩定性的話，那么，數以萬計的電池論文可能只能躺在書架上了。

從辯證層面而言，冰與火之間并非是絕對的對立面，而是對立統一的雙面俠。安全事故的警示并非簡單的事故分析與總結，而是能否從中破解制約行業發展的關鍵掣肘。

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