摘要：當前，我國能源需求持續(xù)增長，儲能電站的建設(shè)規(guī)模也隨之不斷擴大。在擴大電站建設(shè)規(guī)模的同時，安全問題日益凸顯，特別是火災事故，嚴重威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，有必要深入分析電化學儲能電站的特性，并探索切實有效的火災防控措施，從而提高儲能電站的安全性。

關(guān)鍵詞：儲能電站；電化學；火災防控

在能源存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，儲能電站發(fā)揮了關(guān)鍵作用，借助電化學儲能技術(shù)，儲能電站能夠高效存儲電能并靈活釋放，但在應用過程中，儲能電站的安全問題難以得到有效控制，特別是面臨火災的威脅?；诖?，需要深入分析儲能電站的電化學特性，制定高效的火災防控措施，以提高儲能電站應用的安全性[1]。

1 電化學儲能電站的原理及構(gòu)造

1.1" 原理

從廣義角度看，儲能技術(shù)通過電化學反應，將電能轉(zhuǎn)化為化學能進行存儲，在需要時，將化學能重新轉(zhuǎn)化為電能，并持續(xù)釋放，這一過程依賴于電極材料及電解質(zhì)間的相互作用。在充電過程中，外部電源提供電能，驅(qū)動正極發(fā)生氧化反應，負極發(fā)生還原反應。電子通過外電路流動，離子在電解質(zhì)中遷移，從而實現(xiàn)化學能的存儲。在放電時，上述反應逆向進行，進而大量釋放電能。這是利用電池技術(shù)儲存能量的一種方式，常見的電池種類有鉛酸電池、鋰離子電池以及鉛炭電池等。

從儲能電站的本質(zhì)看，電化學儲能電站可視為大型電池，也可看作是電網(wǎng)的“充電寶”，它是由大量單體電池組成的集合體。在實際應用中，常見的電池構(gòu)型由于安全因素或生產(chǎn)成本等因素，無法在大規(guī)模的儲能電站建設(shè)中應用。目前，磷酸鐵鋰或鎳三元電池能夠滿足應用需求，是構(gòu)成儲能電站的兩種基礎(chǔ)電池類型。

電化學儲能電站具有高效性、靈活性、快速響應性、環(huán)保性等特點。電化學儲能系統(tǒng)具有較高的能源轉(zhuǎn)換效率，部分系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率甚至可達到90%以上，在大規(guī)模儲能和分布式能源系統(tǒng)中應用效果顯著。電化學儲能電站還可以結(jié)合能源需求，靈活配置能量和功率，在電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等不同應用場景中都能適用。該系統(tǒng)還能實現(xiàn)快速充放電響應，在電網(wǎng)調(diào)頻、應急供電等場景中具有較好的應用效果。與傳統(tǒng)化石能源儲能相比，電化學儲能系統(tǒng)的負面影響相對較低，對環(huán)境產(chǎn)生的污染小，符合我國可持續(xù)發(fā)展的政策要求。

1.2" 構(gòu)造

電化學儲能電站分別由電池系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)共同組成，不同系統(tǒng)發(fā)揮不同作用，共同為電化學儲能電站的發(fā)展提供幫助。

1.2.1" 電池系統(tǒng)

電化學儲能電站中的電池系統(tǒng)是核心應用部分，大量電池單體通過串聯(lián)或并聯(lián)等不同方式組合，以滿足儲能電站運行時對電壓、容量以及功率等多方面的需求。電池單體的性能會對整體性能造成影響，為保證電池系統(tǒng)能夠持續(xù)、安全運行，配備了電池管理系統(tǒng)，希望能夠借助電池管理系統(tǒng)監(jiān)測具體參數(shù)，做好充放電管理以及均衡管理，及時診斷故障，從而延長電池使用壽命。

1.2.2" 功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)換電池系統(tǒng)與電網(wǎng)或負載之間的電能，一般情況下，由控制電路、整流器等部分共同組成。這一系統(tǒng)不僅可以調(diào)節(jié)控制電能的頻率、功率等參數(shù)，保證電能運用的穩(wěn)定性，還能借此和電網(wǎng)實現(xiàn)高效配合。

1.2.3" 能量管理系統(tǒng)

電化學儲能電站中能量管理系統(tǒng)是“大腦”，發(fā)揮著指揮調(diào)度的作用，可以監(jiān)控和調(diào)度整個儲能電站，對儲能電站各運行環(huán)節(jié)進行管理。通過該系統(tǒng)，工作人員可以實時掌握電池系統(tǒng)的具體狀態(tài)以及運行參數(shù)，從而制定更為合理的充放電策略，不斷優(yōu)化儲能電站的運行模式。

1.2.4" 輔助系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)共同組成了輔助系統(tǒng)，各子系統(tǒng)具有不同的功能。消防系統(tǒng)是保障儲能電站的安全，而冷卻系統(tǒng)主要用于控制電池系統(tǒng)的溫度，通過這些系統(tǒng)可以第一時間向工作人員傳輸儲能電站的運行參數(shù)及信息，方便工作人員遠程監(jiān)控，為儲能電站的安全運行提供更多便利和保障。

2 電化學儲能電站特性

2.1" 能量轉(zhuǎn)換特性

電化學儲能電站基于電化學反應原理，將電能轉(zhuǎn)化為化學能存儲，在需要時再將這些化學能轉(zhuǎn)化為電能輸出。充電過程中，電池內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應，電能以化學能的形式在電極和電解質(zhì)中存儲。放電時，反應逆向進行，化學能會轉(zhuǎn)化為電能直接輸出。

2.2" 高能量密度

和傳統(tǒng)的儲能技術(shù)相比，鉛酸電池、鋰離子電池等電化學儲能介質(zhì)的能量密度較高，可以在較小的空間內(nèi)儲存大量電能，因此在對空間和重量要求較高的場景中具有顯著優(yōu)勢。

2.3" 快速響應

電化學儲能電站能夠在毫秒級到秒級內(nèi)實現(xiàn)充放電狀態(tài)的有效轉(zhuǎn)換，可以快速跟蹤電力系統(tǒng)負荷的變化，精準提供調(diào)頻、調(diào)壓等輔助服務，還可以平抑可再生能源發(fā)電的功率波動。

2.4" 靈活可擴展性

可以根據(jù)使用需求靈活調(diào)整電化學儲能電站的規(guī)模，從小型分布式儲能系統(tǒng)到大型集中式儲能電站都能實現(xiàn)應用目標，增加電池模塊或電池預制艙等方式，能夠便捷地擴展儲能電站的容量和功率，滿足不同場景下的儲能需求。

2.5" 安全性風險

部分電化學儲能電池存在熱失控、起火、爆炸等嚴重安全隱患，比如鋰電子電池在過充、過放、高溫或短路等情況下，可能發(fā)生熱失控，進而引發(fā)火災或爆炸。此外，電池老化、單體電池性能不一致等問題也可能影響儲能電站的穩(wěn)定運行。

3 電化學儲能電站火災事故原因

3.1" 電池熱失控引發(fā)火災

熱失控是儲能電站發(fā)生火災的主要誘因。比如鋰電子電池，如果在過充、過放或內(nèi)部短路等條件下，電池內(nèi)的化學反應會加劇，產(chǎn)生大量無法及時散發(fā)的熱量。熱失控發(fā)生后，電池溫度在較短時間內(nèi)快速上升，電池外殼破裂，電解液泄漏，并持續(xù)燃燒，從而引發(fā)嚴重火災，造成不可挽回的損失。此外，在熱失控過程中，還會引發(fā)連鎖反應，導致相鄰電池也會發(fā)生熱失控，火勢進一步蔓延。

3.2" 系統(tǒng)設(shè)計缺陷引發(fā)火災

在電化學儲能電站中，電池排列密集且數(shù)量較多，如果單個電池發(fā)生故障，可能引發(fā)其他電池的連鎖反應，導致火災蔓延。熱管理系統(tǒng)設(shè)計不合理或散熱效率水平較低時，電池持續(xù)工作產(chǎn)生的熱量無法快速向外界散發(fā)，火災風險隨之上升。

3.3" 環(huán)境因素引發(fā)火災

在電化學儲能電站運行過程中，若遭遇極端溫度、濕度等環(huán)境，或洪水、雷擊等嚴重自然災害，可能會對儲能電站設(shè)備造成損害，引發(fā)火災，威脅人民群眾的生命安全。在高溫環(huán)境中，電池散熱效率降低，內(nèi)部化學反應加快，熱失控風險升高。而在低溫環(huán)境下，電池性能也會受到影響，內(nèi)阻增大，充放電效率降低。

3.4" 管理問題引發(fā)火災

電化學儲能電站運行維護不善，缺乏工作人員定期檢查，無法及時發(fā)現(xiàn)并排除電池故障和隱患，導致火災發(fā)生概率不斷上升。在電化學儲能電站運行過程中，如果操作人員操作不規(guī)范，沒有及時處理電池的異常狀況，也會引發(fā)火災。部分儲能電站的管理人員和操作人員消防安全意識淡薄，面對火災事故時無法冷靜應對，導致火勢蔓延，造成嚴重后果。除此以外，一些管理人員不重視火災預防，沒有制定完善的火災應急預案，使得工作人員在面對火災時不知所措，無法及時采取有效的應對策略，進一步加劇了火災的危害[2]。

4 電化學儲能電站火災防控措施

4.1" 預防電池熱失控

為預防電池熱失控，需優(yōu)化電池熱管理系統(tǒng)。在電化學儲能電站中安裝高效散熱裝置，如液冷系統(tǒng)或風冷系統(tǒng)。液冷系統(tǒng)的應用原理是借助冷卻液循環(huán)帶走電池熱量，控溫精準且效率高，能有效控制電池溫差；風冷系統(tǒng)通過風扇強制空氣流動，起到散熱的作用。風冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，資金成本較低。同時，合理設(shè)計電池模組布局，增加電池間散熱空間，加快空氣流通，提升散熱效率。對于電池的運行參數(shù)要進行嚴格把控，應用電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)測電池運行參數(shù)，設(shè)置合理的充放電電壓及電流閾值，避免出現(xiàn)過充、過放等情況。

4.2" 優(yōu)化儲能電站系統(tǒng)設(shè)計

首先，優(yōu)化電池排列及布局，采用模塊化設(shè)計分組排列電池，在電池組件中進行分隔設(shè)計，防止單個電池問題影響其他電池。電池組之間增設(shè)散熱通道，提高散熱效率。其次，加強電氣設(shè)備管理，定期檢查電纜、開關(guān)設(shè)備等電氣元件的運行狀態(tài)，及時更換老化或者損壞的設(shè)備，避免因設(shè)備故障引發(fā)火災，保障儲能電站正常運行。在電氣設(shè)備室安裝過載保護裝置，避免因電流過大而引發(fā)事故。最后，完善消防設(shè)施配置，確保火災發(fā)生時能及時采取應對策略，撲滅火災。在電池組周圍還可以設(shè)置防火墻或防火門，阻止火勢蔓延，控制火災的規(guī)模[3]。

4.3" 改善儲能電站的運行環(huán)境

可以安裝環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，對儲能電站的溫度、濕度、空氣質(zhì)量等參數(shù)進行監(jiān)測，設(shè)計適宜的參數(shù)范圍，當參數(shù)超出這一范圍時，就會及時發(fā)出警報，從而采取措施，調(diào)控環(huán)境，保證設(shè)備在穩(wěn)定的環(huán)境下運行。做好防護設(shè)施建設(shè)，針對突發(fā)的自然災害，設(shè)置防護措施。例如，安裝避雷針或避雷帶，將雷電引入大地，保護儲能電站。在選擇儲能電站的地址時，要盡量避開洪水易發(fā)區(qū)域；若無法避開，需提前修建防洪堤、排水系統(tǒng)等防洪設(shè)施，避免電化學儲能電站受到洪水的影響。針對不同環(huán)境災害制定專項應急預案，明確這些災害的特點及應對策略，規(guī)劃人員疏散路線。定期組織應急預案演練，確保災害發(fā)生時，可以第一時間組織工作人員采取應對措施，降低損失。

4.4" 加強儲能電站的管理水平

在電化學儲能電站運行時，要做好各項管理工作。首先，加強運行維護，制定詳細的運行維護規(guī)章制度，定期檢查維護電池、電氣設(shè)備及安全設(shè)施，及時排查安全隱患。制定完善的電池健康狀態(tài)評估體系，對電池性能進行檢測，及時將老化的電池進行更換。其次，規(guī)范操作流程，確保操作人員嚴格按照具體規(guī)范進行充放電操作，避免過充、過放等失誤。加強對操作人員的培訓，提高其應急處理能力和操作技能。最后，加強對全體工作人員的消防安全培訓，提高消防安全意識，使其熟悉火災預防、撲救及疏散逃生等知識和技能。

5 電化學儲能電站火災防控的注意事項

在未來電化學儲能電站運行過程中，需持續(xù)強化火災防控工作，密切關(guān)注各項風險及問題。首先，高度重視電池質(zhì)量，杜絕使用不合格電池，從源頭上規(guī)避風險、減少損失。定期對電池狀態(tài)進行檢查維護。特別是對于一些線路老化、接頭松動等細節(jié)問題，更加要嚴格把控，避免因小失大。其次，根據(jù)消防部門的專業(yè)意見，合理配備滅火設(shè)備，確保其種類、數(shù)量和性能符合電站的火災防控需求。最后，規(guī)范人員操作，做好對安裝人員和運維人員的操作流程，制定嚴格的操作規(guī)范和標準，引入第三方監(jiān)督機構(gòu)，盡量避免因人為失誤引發(fā)火災等安全事故。

6 結(jié)束語

綜上所述，電化學儲能電站的建設(shè)與發(fā)展受到各種因素的影響與限制，其高效穩(wěn)定運行面臨一定挑戰(zhàn)。因此，在未來電化學儲能電站的發(fā)展過程中，要重視各類隱患問題，結(jié)合電站運行的實際狀況，不斷完善安全運行方案，提高電化學儲能電站的整體運行質(zhì)量。

參考文獻

[1]田鵬，熊曉瓊，熊毅，等.電化學儲能電站建設(shè)期火災防控措施研究[J].能源與環(huán)境，2024（6）：30-33.

[2]蔡昊燃.電化學儲能電站特性分析及火災防控措施思考[J].山東化工，2022，51（16）：219-221.

[3]許佳佳，王青松.電化學儲能電站火災的防與控[J].勞動保護，2021（12）：17-19.