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1.1 儲(chǔ)能安全概念及分類
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)及儲(chǔ)能電站的安全可以從不同角度、不同層級(jí)進(jìn)行分類和定義，主要包括本體安全和系統(tǒng)安全、主動(dòng)安全和被動(dòng)安全、非本質(zhì)安全和本質(zhì)安全等分類體系。
1.1.1 本體安全和系統(tǒng)安全
1.1.1.1 本體安全
本體安全指電池本身（本體）的熱穩(wěn)定性和可靠性，強(qiáng)調(diào)在各種工況下電池自身發(fā)生熱失控的可能性及發(fā)生燃燒爆炸的危險(xiǎn)程度。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的本體安全性能檢測(cè)應(yīng)按照GB/T 36276-2023 的安全性能技術(shù)要求和試驗(yàn)方法進(jìn)行控制，其他電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)可結(jié)合具體情況參照?qǐng)?zhí)行。
1.1.1.2 系統(tǒng)安全
系統(tǒng)安全指包括電池本體、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能變流器、冷卻系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置等配件和設(shè)備組成的整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)具備面對(duì)內(nèi)部異?；蛘咄饨绛h(huán)境干擾時(shí)，依靠自身設(shè)計(jì)能夠控制風(fēng)險(xiǎn)或者將風(fēng)險(xiǎn)危害等級(jí)降至最低的能力。
1.1.2 主動(dòng)安全和被動(dòng)安全
1.1.2.1 主動(dòng)安全
主動(dòng)安全指電池單體、電池模組或電池簇主動(dòng)監(jiān)測(cè)、防范和控制儲(chǔ)能過程中可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而避免火災(zāi)、爆炸或其他安全事故的發(fā)生，強(qiáng)調(diào)事故發(fā)生前的主動(dòng)監(jiān)測(cè)、防范和控制措施。
1.1.2.2 被動(dòng)安全
被動(dòng)安全是指在儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生安全事故的初期，通過消防設(shè)施或其他應(yīng)急措施防止事故擴(kuò)大，降低事故造成的影響范圍，減小事故產(chǎn)生的危害，強(qiáng)調(diào)事故發(fā)生后的及時(shí)響應(yīng)和控制。
1.1.3 非本質(zhì)安全和本質(zhì)安全
1.1.3.1 非本質(zhì)安全
非本質(zhì)安全是指在對(duì)象發(fā)生熱失控后，通過抑制措施減緩甚至阻止熱擴(kuò)散及燃燒爆炸的進(jìn)一步發(fā)生。
非本質(zhì)安全的對(duì)象可分為電池單體、電池模塊、電池簇以及電池集裝箱系統(tǒng)。其中，電池單體的非本質(zhì)安全是指在電池單體出現(xiàn)熱失控后，采取及時(shí)斷電、加大冷卻液流速或噴淋消防劑等措施使得電池隔離空氣、溫度下降等措施，防止電池單體的起火爆炸。電池模塊和電池簇的非本質(zhì)安全是指當(dāng)模塊或簇內(nèi)出現(xiàn)熱蔓延或電池燃燒現(xiàn)象，或是外部電火花瞬間釋放的熱量引燃器件時(shí)，通過噴淋消防劑或灌注冷卻液等措施，能夠控制事故范圍在本模塊或簇內(nèi)，阻止熱蔓延至其他電池模塊或電池簇。電池集裝箱系統(tǒng)的非本質(zhì)安全是指當(dāng)集裝箱內(nèi)部發(fā)生大面積熱失控或局部燃燒時(shí)，能夠通過沉浸式滅火等措施減緩集裝箱內(nèi)部的熱蔓延，防止集裝箱系統(tǒng)整體燃燒和爆炸。
1.1.3.2 本質(zhì)安全
本質(zhì)安全也稱為本征安全，是指正常工作和一定濫用條件下，有措施使得對(duì)象不發(fā)生熱失控，從而切斷燃燒爆炸的誘因。
本質(zhì)安全的對(duì)象可分為電池單體、電池模塊、電池簇以及電池集裝箱系統(tǒng)等不同層級(jí)。電池單體的本質(zhì)安全是指電池單體在正常工作和規(guī)定的故障狀態(tài)下，不發(fā)生熱失控，不燃燒不爆炸。電池模塊和電池簇的本質(zhì)安全是指即使某個(gè)電池單體發(fā)生熱失控，能夠有相應(yīng)措施使得該電池單體不燃燒，且不發(fā)生熱蔓延至電池模塊或簇內(nèi)的其他電池。電池集裝箱系統(tǒng)的本質(zhì)安全是指即使某個(gè)電池簇多顆電池發(fā)生熱失控后，能夠有相應(yīng)措施防止該電池簇發(fā)生燃燒，且有措施防止熱蔓延至其他相鄰電池簇。
目前，電芯級(jí)別的本質(zhì)安全電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)包括水系電解液電池（全釩液流電池、鉛酸電池等）、全固態(tài)鋰離子電池（不是固態(tài)鋰電池），以及安全劑可注入電芯內(nèi)部的的半開放儲(chǔ)能鋰離子電池等。
1.1.4 按產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的安全分類
1.1.4.1 設(shè)計(jì)安全
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括材料、結(jié)構(gòu)、電氣電子、監(jiān)控預(yù)警、溫控、消防等多個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)不當(dāng)可能引發(fā)安全事故。例如，2023年美國(guó)沃里克市鋰離子儲(chǔ)能電站因?yàn)閮?chǔ)能柜體設(shè)計(jì)存在缺陷，外部水滲入電池容器，引發(fā)電氣短路，發(fā)生火災(zāi)。
1.1.4.2 生產(chǎn)安全
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的生產(chǎn)通常涉及較多工序，其中可能存在的生產(chǎn)安全問題包括但不限于：批量生產(chǎn)的電池電壓、容量和內(nèi)阻不一致，工作過程中承受不同的負(fù)載，部分電池長(zhǎng)期存在過充或過放情況引發(fā)安全事故；電池外殼在生產(chǎn)或組裝過程中可能破損，電解液發(fā)生泄漏，接觸到空氣或其他部件后，引發(fā)火災(zāi)；生產(chǎn)環(huán)境中的靜電放電可能對(duì)電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)造成影響，特別是電池的控制芯片或其他電子元件可能因?yàn)殪o電放電而失效。
1.1.4.3 運(yùn)輸安全
運(yùn)輸安全問題包括在運(yùn)輸過程中受到強(qiáng)烈物理沖擊或環(huán)境溫度過高時(shí)，電池發(fā)生熱失控，造成起火或爆炸。例如，2020年一輛載有六個(gè)大型儲(chǔ)能鋰離子電池的半掛式卡車在洛杉磯圣佩德羅港口側(cè)翻，沖擊導(dǎo)致電池?zé)崾Э仄鸹?。此外，較弱的撞擊、振動(dòng)、跌落也可能導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)受損，影響電池的性能或引發(fā)潛在安全隱患；電池在運(yùn)輸過程中沒有被妥善包裝和絕緣，因靜電或其他導(dǎo)電物質(zhì)接觸，也可能出現(xiàn)短路等現(xiàn)象。
1.1.4.4 建設(shè)安全
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)安全隱患包括但不限于：在建設(shè)調(diào)試過程中，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)或熱管理系統(tǒng)尚未完全優(yōu)化，局部電池組的散熱不均勻?qū)е聜€(gè)別電池過熱，引發(fā)連鎖反應(yīng)；調(diào)試期間的接線錯(cuò)誤或誤操作引發(fā)短路，如電池極性連接不當(dāng)或電纜連接不穩(wěn)等；在調(diào)試階段，消防系統(tǒng)或其他安全防護(hù)裝置尚未完全啟用或設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患時(shí)無(wú)法及時(shí)響應(yīng)；建設(shè)階段設(shè)備安裝不當(dāng)，導(dǎo)致使用過程中因震動(dòng)或移動(dòng)產(chǎn)生松動(dòng)，影響電氣連接的穩(wěn)定性；操作員未嚴(yán)格遵守安全規(guī)程，忽略潛在的安全隱患，導(dǎo)致事故發(fā)生。例如，2022年，江蘇南通某儲(chǔ)能電站因操作人員調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)時(shí)錯(cuò)誤設(shè)置了溫度閾值，導(dǎo)致散熱系統(tǒng)未及時(shí)啟動(dòng)，使得部分電池溫度持續(xù)升高至熱失控臨界點(diǎn)，發(fā)生火災(zāi)。
1.1.4.5運(yùn)維安全
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)維安全隱患包括但不限于：在運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中，電池可能出現(xiàn)老化，容量下降，形成鋰枝晶的風(fēng)險(xiǎn)增大，電池更容易出現(xiàn)內(nèi)短路；老化后電池?zé)o法提供預(yù)期的電力輸出，出現(xiàn)過度放電現(xiàn)象；電池老化速度不一致，一致性變差，BMS對(duì)電池管理出現(xiàn)偏差，不能有效監(jiān)控電池狀態(tài)，造成安全事故；儲(chǔ)能系統(tǒng)中的空氣過濾和散熱系統(tǒng)未得到定期維護(hù)，灰塵和污染物積累在散熱器或通風(fēng)口處，影響散熱效果；系統(tǒng)中的機(jī)械結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)和應(yīng)力作用下出現(xiàn)疲勞或損傷，導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。例如，2021年澳大利亞的維多利亞大型電池儲(chǔ)能項(xiàng)目由于儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)電池模組的液冷系統(tǒng)發(fā)生泄漏，產(chǎn)生了電弧放電，導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?
1.1.4.6 回收安全
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的回收安全隱患包括但不限于：電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)在回收時(shí)還存有剩余電量，在系統(tǒng)拆解過程中出現(xiàn)機(jī)械損傷如撞擊擠壓等，電池仍具有熱失控風(fēng)險(xiǎn)；回收過程中電池外殼破損或密封失效，電解液泄漏，接觸到空氣或水分后釋放有毒氣體或引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，污染環(huán)境威脅工作人員健康；電池內(nèi)可能含有有害的重金屬，如鎳、鈷等，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電子元件、控制器等，可能含有鉛、汞等有毒物質(zhì)，處置不當(dāng)會(huì)污染土壤和水源以及人類健康。例如，2021年湖南某回收企業(yè)因存放回收電池的廢鋁箔起火，造成嚴(yán)重火災(zāi)和爆炸事故。
1.2 儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)概述
國(guó)內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善。例如，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36276規(guī)定了電力儲(chǔ)能用鋰離子電池的基本設(shè)計(jì)、技術(shù)參數(shù)、性能要求和安全測(cè)試方法，而針對(duì)電池本質(zhì)安全的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。
國(guó)際和海外標(biāo)準(zhǔn)也成為企業(yè)拓展海外市場(chǎng)的重要依據(jù)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62933-5-2規(guī)定了電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全要求，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)，以確保在各種使用環(huán)境中的安全性。IEC 62619針對(duì)用于儲(chǔ)能的鋰離子電池，規(guī)定了電池的安全測(cè)試方法，包括過充、短路、振動(dòng)、沖擊等測(cè)試項(xiàng)目。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)UL 1973規(guī)定了用于儲(chǔ)能的鋰離子電池的安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，涉及電池單體和模組的短路、過充、振動(dòng)、沖擊測(cè)試等。歐洲標(biāo)準(zhǔn)CENELEC TC 21X規(guī)定了一系列關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了電池的熱穩(wěn)定性、化學(xué)防護(hù)、極端環(huán)境適應(yīng)性等內(nèi)容。
未來(lái)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系將會(huì)更加嚴(yán)格，不僅針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池安全，而且對(duì)其他設(shè)備的綜合安全性也將提出高要求，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)整體安全性。
1.3 儲(chǔ)能安全發(fā)展趨勢(shì)
基于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的需求、應(yīng)用場(chǎng)景的拓展、智能化控制與優(yōu)化調(diào)度等多方面因素，電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)將在能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。本質(zhì)安全被認(rèn)為是從根源上消除燃燒誘因（熱失控）的有效途徑，將本質(zhì)安全定義引用到電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)上，將保證電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)達(dá)到更高的安全標(biāo)準(zhǔn)，也是未來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能安全技術(shù)開發(fā)的重要方向。
目前絕大多數(shù)儲(chǔ)能鋰離子電池還無(wú)法達(dá)到電芯級(jí)別的本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)，因此未來(lái)從技術(shù)本體屬性或儲(chǔ)能場(chǎng)景需求進(jìn)行安全等級(jí)的劃分，以此保證電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用安全也非常重要。
（引自《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全指南》第一章）
