我国电化学储能电站
安全风险分析及管控建议
严超 黄文
摘要：电化学储能电站是我国建设新型电力系统、实现碳达峰碳中和的重要支撑。然而，其存在火灾甚至爆炸的风险。全球范围内电化学储能电站火灾事故频发，这警示我国需科学管控电化学储能电站的安全风险。本文介绍电化学储能电站的安全难题，分析我国电化学储能电站存在的安全风险，进一步探讨其安全风险管控过程中面临的困难与挑战，提出科学管控安全风险的对策建议，旨在更好地保障我国电化学储能电站的安全，推动新型电力系统建设以及碳达峰碳中和目标的实现。
电化学储能包括锂离子、铅酸（碳）、液流、钠硫等不同类型的电池技术，当前主要以磷酸铁锂和三元锂电池为主。电化学储能电站由数万至数十万个电池组成，具有布局灵活、响应速度快、调节精度高等优势，在我国建设新型电力系统、实现碳达峰碳中和目标的进程中发挥着重要支撑作用。根据国家能源局发布数据，截至2024年底，我国新型储能装机累计达到7376万kW，较2023年底增长超过130%，其中95%以上为锂离子电池储能，我国电化学储能已进入规模化发展阶段。
磷酸铁锂和三元锂电池本身存在一定的热失控概率，这种热失控可能导致电化学储能电站发生火灾甚至爆炸，但磷酸铁锂相较三元锂的安全性更好。全球范围内，电化学储能电站火灾事故屡见不鲜，不仅对公共安全构成严重威胁，还可能影响碳达峰碳中和目标的实现进程。这些事故警示我国在新型储能规模化发展过程中，必须科学谋划并有效管控电化学储能电站的安全风险，以确保新型电力系统建设和碳达峰碳中和目标的安全有序推进。
本文从事故概率和事故影响两个方面介绍电化学储能电站的安全难题，在此基础上，结合我国电化学储能电站发展实际情况，分析其面临的“基数增加”和“老旧隐患”风险，探讨我国电化学储能电站安全风险管控在设计规范、监测预警和消防策略方面面临的挑战，从加快本征安全研究、加强规范制定、升级监测预警和完善消防策略等方面提出对策建议。
一、电化学储能电站安全难题介绍
（一）电化学储能电站事故概率
电化学储能电池在过充、过放、环流、内部短路、电气故障、机械碰撞等多种故障情况下，电芯温度容易升高，进而引发热失控，最终导致火灾。电芯燃烧时会释放出可燃和有毒气体，可能导致爆炸[1]。大型储能电站（100兆瓦以上）通常由数十万至百万个电芯组成，这使得电芯出现故障的概率大幅增加。目前，全球范围内已发生多起电化学储能电站火灾事故，主要集中在韩国和美国，中国、澳大利亚、德国、法国等地也有此类事故发生。目前单体电池的火灾概率约在10-3量级，根据孙金华院士2022年的统计，全球每座储能电站每年发生火灾的概率约在2×10-3~3×10-3。截至2024年底，我国已投运的电化学储能电站达1473座[2]，按照这个数据估算，每年约有2~5座电化学储能电站可能发生火灾事故。表1统计了我国近2年公开记录的主要电化学储能电站事故，考虑到部分事故可能未被公开，事故统计数据可能较真实情况有所低估。
表1 近2年我国主要公开电化学储能电站火灾事故
（二）电化学储能电站事故影响
在全球范围内，早期曾发生多起造成人员伤亡的严重电化学储能电站燃爆事故（见表2），这些事故引发了人们对公共安全的高度重视。其中，2021年我国北京集美大红门储能电站发生爆炸事故，造成2名消防员死亡；2024年韩国京畿道电池厂火灾引发爆炸事故，导致23人死亡。在电化学储能火灾处置不当的情况下，极易发生燃爆，从而引发大规模事故。2024年以来，全球范围内电化学储能电站火灾事故持续不断（见表3）。例如，2024年5月美国加利福尼亚州Gateway储能电站（250兆瓦/250兆瓦时）发生火灾事故，电站多次复燃，火灾持续约11天，释放出的大量有毒有害气体造成严重空气污染，迫使周边地区1500多名居民紧急疏散撤离，灭火时产生的大量水渍会造成环境污染。电站设备及建筑物损毁造成数千万美元经济损失，储能设施停运使电网调峰能力下降，引发当地社区对电化学储能电站部署的强烈反对，火灾发生后圣迭戈县明确禁止在住宅区部署储能设施。
表2 全球范围造成人员伤亡的主要电化学储能电站事故
表3 2024年以来全球主要电化学储能电站火灾事故
二、我国电化学储能电站安全风险分析
根据工程风险评估理论[3]，电化学储能电站的安全风险是电站数量、事故概率和事故影响三者的乘积。其中，事故概率受电池本体质量、集成设计、气象条件等多种因素制约，事故影响涵盖人身安全、环境污染、财物损失等多方面。
（一）“基数增加”风险
截至2024年，全国投运新型储能总装机达到7376万千瓦/1.68亿千瓦时，约为“十三五”末期的20倍，且95%以上为电化学储能。然而，其仅占全国电源总装机的2.20%，占新能源总装机的5.23%，与新型电力系统调节能力建设的需求相比，差距较大，增长潜力巨大[4]。据中关村储能产业联盟估计，到2030年全国电化学储能装机将超过2亿千瓦[5]。随着电站基数的增大，安全风险也随之增加。另一方面，2024年国内储能系统（2小时）中标均价相较2023年下降了43%。虽然价格并不绝对等同于质量，但在强制安全设计规范和安全追责机制仍在完善，且行业内卷导致企业面临较大经营压力的情况下，部分企业可能会通过降低设计标准和部分零件质量来减少成本，这将引起事故概率上升，进而增加安全风险。
（二）“老旧隐患”风险
2017年至2024年2月期间，全国已有近30个省份出台新能源强制配储政策，要求新能源项目按照10%~40%的比例、1~4小时的时长配置储能，以解决新能源消纳问题。同时，多个省份还出台了补贴政策，优化了分时电价政策，以刺激工商业储能配置。但由于早期新型储能尚处于发展完善阶段，系统集成、消防安全等方面的设计可能存在一定缺陷，使得这类储能电站更容易发生火灾。以同类型国外电站为例，建于2020年的美国Moss Landing储能电站，其一期项目在2021年就因消防设计缺陷，导致水系降温系统启动时损坏电池模组，2022年和2025年又相继发生3次火灾，这些事故很可能都与设计缺陷相关。2022年我国新能源配储日均等效充放电次数仅为0.22次，大量储能设施未被调用，到2024年这一数据提升至0.48次。随着调用率的提高，电化学储能电站发生火灾事故的概率也相应增大，导致安全风险增加[2][6-7]。
三、我国电化学储能电站安全风险管控挑战
（一）消防规范制定待细化
1.强制性电化学储能电站消防安全标准缺失
目前，国内唯一的储能电站强制性国家标准《电化学储能电站设计规范》（GB51048-2014）起草于2012年，其安全要求已过于宽松。例如，该标准将锂离子储能电站的火灾危险等级定性为戊类（火灾危险最低的级别），而标准修订版尚未正式发布。此外，国内缺少储能消防专用国家标准以及验收审查依据，针对消防方面的要求基本按照通用工业建筑消防设计且大多为推荐性而非强制性。
2.电化学储能电站设计规范细节有待加强
现有标准修订版中关于安全布置间距、消防分区等参数的规定，但未充分考虑电站规模和位置的差异，缺少站房式电化学储能电站的布局规定[8]。虽然《电化学储能电站安全规程》（GB/T42288-2022）和《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2023版）》对电化学储能消防要求进行了完善，但仅提出灭火的“功能性”要求，如“每个电池模块可单独配置灭火介质喷头或探火管”“满足扑灭火灾和持续抑制复燃的要求”，却未提及具体的实现方法和经济可行性。
（二）监测预警利用待升级
1.早期监测主动预警能力不足
现有储能系统主要依靠复合气体探测器（H2、CO）、温度和烟雾传感器实现报警，但在电池内部发生热失控时，锂电池热失控传播速度极快，过长的报警响应时间往往难以有效阻止热失控的蔓延。此外，目前还缺乏对电压、电流、内阻、电解液泄漏、微短路等多参数多维度的监测手段。当前的电池管理系统（BMS）主要承担电池运行参数采集与状态监测功能，由于不具备复杂计算处理与数据存储能力，导致主动安全防护技术尚未实现大规模工程化应用。同时，海量储能数据的深层价值尚未得到充分挖掘，难以有效支撑电池系统早期故障诊断与预警功能的实现[9]。
2.安全监测检测机制尚未建立
目前国内外普遍缺少储能电站火灾的中央监测机制，因此难以准确、及时地对全部事故进行警报和记录。同时，也缺少固定周期的储能电站安全检测制度，以及电化学储能电站安全状态检测的有效技术手段和技术规范。例如，2024年7月美国纽约州更新州消防法规，要求通过中央站服务警报系统监控火灾探测系统，以确保火灾发生时能及时、准确地向当地消防部门报警，并要求对储能系统定期进行由行业资助的特别检查，以保障其安全性和合规性[10]。
（三）消防策略设计待完善
1.消防策略方案需要深入研究并细化举措
目前，喷水消防仍是电化学储能火灾灭火降温的主要手段，但水与燃烧电池发生化学作用会产生氢氟酸等腐蚀性物质，从而污染环境。例如，2024年美国Gateway储能电站火灾灭火用水近万吨，但仍多次复燃。德国Suncycle储能电站在第1次火灾时采用水灭火，而在第2、3次火灾时，考虑到受污染的灭火用水会引发环保问题且处理成本高昂，采取了“Let it burn”的灭火策略，即在可控条件下任其燃尽，但这种策略所引发的空气污染影响目前仍不明确。2024年12月28日，荷兰蒂尔堡特斯拉储能系统发生火灾，消防员采用“浸没式”消防策略控制火势，即将着火电池转移到水容器中冷却灭火，但如何安全转移事故设备，是对该策略的一大挑战。
2.新型灭火剂需要进行实证验证
全氟己酮、液氮、气溶胶等新型灭火剂在实验室小规模或中等规模的电池火灾实验中表现出较好的灭火和抑制复燃性能，但采用新型灭火剂的舱级、簇级和包级消防方案能否在全尺寸真实电站火灾环境中有效抑制复燃及所需剂量的经济性仍有待实证验证。
目前，还没有通过新型灭火剂成功抑制实际电化学储能电站火灾的公开报道。近期，行业内提出的电化学储能电站簇级、包级“浸没式”消防和地埋式布置等消防安全新型解决方案的真实有效性也有待实际应用案例验证。
四、我国电化学储能电站安全风险管控对策建议
（一）加快本征安全研究
一是重视锂离子电池关键材料改进优化。联合科研院校、龙头企业，通过研发掺杂、包覆等工艺改进现有锂离子电池电解液、隔膜和电极材料的耐燃性、阻燃性，提升电池材料的热稳定性和电极材料的安全性，减少电池内部副反应，进一步提高锂离子电池的安全性能。
二是加快推动新型本征安全电池研发应用。设立本征安全电池技术研发专项，加强国内外联合技术研发，加快固态电池、水系电池等本征安全电池的技术突破；设立本征安全电池产业基金，鼓励技术示范应用和追踪验证，提高技术可靠性；通过补贴、抵扣税等方式支持固态电池产业应用，通过容量补偿、容量电价等方式推动全钒液流等水系电池规模化降本发展。
图片来源：作者整理
图1 本征安全电池技术分类示意
（二）差异化加强设计规范
一是研究制定国家层面强制性储能电站消防安全标准。2024年，广东省消防救援总队发布了《电化学储能电站消防安全技术标准（征求意见稿）》、江苏省发布了《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》（DB32/T 4682-2024），探索储能消防标准，这些标准的发布推动了行业消防安全的进步。从国家层面上，应综合考虑安全风险、行业发展、经济成本和技术进步等因素，充分借鉴地方探索经验，整合消防、电气、储能等不同领域的专业知识，适时研究出台强制性安全标准，通过前置审查提高电化学储能电站的安全水平。
二是差异完善国家层面电化学储能电站规范设计细节。根据电化学储能电站的位置、容量区别，差异化制定储能电站安全距离布置、消防分区等技术参数。联合消防部门，针对敞开式和站房式布置等不同应用场景，细化消防技术方案规范[11]。
（三）升级监测预警系统
一是推动主动安全理念和技术工程应用。积极研发监测预警系统，升级电化学储能电站传感系统和电池管理系统，推动监测系统由温度、气体监测向具备内阻分析、气体成分分析等多参数多维度复合监测转变。推动大数据在事故预警系统中的应用，通过数据迭代训练不断提高早期故障诊断和预警判别算法的准确性，实现电化学储能电站事故的主动安全管控[12]。
二是推动中央监测和安全年检制度建立。研究建立电化学储能电站火灾的中央监测报警机制，通过监测系统及时、准确地向消防部门报警，提高储能电站火灾处置的响应速度，并通过监测系统更全面地公开记录火灾事故，提供处理经验教训。研究建立电化学储能电站安全年检制度，由专业第三方认证机构对在运电站的电池一致性、容量衰减、电气绝缘、响应能力、消防系统等安全状态进行检测，对存在安全隐患的电站坚决进行整改。支持光纤原位检测等先进检测技术研发和应用，科学保障常态化检测的可行性。
（四）有效完善消防策略
一是深入研究消防策略制定。联合消防单位、储能厂商、电力调度等相关部门，充分结合电化学储能电站的规模、位置、布局、水源等条件，统筹考虑“喷水消防”“Let it burn”“浸没式”消防等不同消防策略的优劣势，研究“一站一策”的电化学储能电站消防策略制定机制。追踪记录全球电化学储能电站火灾事故的经过和灭火措施，借鉴实际经验更新和完善消防策略的制定。
二是实证验证新型灭火剂。建设国家级电化学储能火灾全尺寸实证验证实验平台，科学检测验证新型灭火剂和消防方案的真实有效性。完善电化学储能电站消防灭火方案的认证机制，逐步建立类似UL9540系列认证的国际性储能系统安全认证体系。
参考文献
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[5]俞振华.中国储能技术与产业最新进展与展望[R].北京,2024.
[6]中国电力企业联合会.2023年度电化学储能电站行业统计数据[R].北京,2023.
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[10]New York State Fire Prevention and Building Code Council. Uniform Fire Prevention and Building Code of New York State. Albany, NY: New York State Department of State, 2024.
[11]严超,严碧波,黄文.我国新型储能规模化发展的现状、挑战和对策建议[J].中国工程咨询,2024(06):58-62.
[12]李奎杰,周开运,詹锐烽,等.储能锂离子电池热失控早期主动安全预警技术[J].电气工程学报,2024,19(04):48-61.
注：原文载自《中国工程咨询》2025年第6期，本次发表有较大改动。文中部分图片来源于网络，版权归原作者所有，若有侵权请联系删除。
