[汽車之家 資訊]  4月16日，北京集美家居大紅門儲能電站發(fā)生爆炸事故，導致2名消防員犧牲，同時引發(fā)了社會對儲能電站安全問題的關注。如今，事故已經(jīng)發(fā)生十余天，引發(fā)爆炸的原因是什么，依舊牽動業(yè)內(nèi)外人士的心。近日，國家電網(wǎng)直屬科研單位，中國電力科學研究院有限公司儲能與電工新技術研究所，發(fā)布了對該事故的分析報告，提出了可能引發(fā)爆炸的8個誘因，包括儲能電池安全質(zhì)量、電池管理系統(tǒng)和氣象環(huán)境因素等，但由于目前能夠得到的信息有限，未能給出具體原因定論。

● 事故回顧：配國軒鐵鋰電池，電站北區(qū)突然爆炸

　　發(fā)生事故的是位于北京豐臺區(qū)的集美大紅門25MWh直流光儲充一體化電站項目。根據(jù)電科院報告，該項目一期包括1.4MWh的屋頂光伏94個車位的單槍150KW大功率直流快速充電樁，以及25MWh的國軒高科磷酸鐵鋰電池儲能，其中12.5MWh 用于外部電動車充電（包括南區(qū) 4MWh 社會車輛+北區(qū)8.5MWh 大巴運營），12.5MWh 用于室內(nèi)供電。

● 集美大紅門25MWh直流光儲充一體化電站整體情況

　　該儲能電站的單體電池為國軒高科3.2V 10.5Ah 磷酸鐵鋰方殼電芯，通過225S18P 先串后并（225只串聯(lián)形成組串，18個組串并聯(lián)）的級聯(lián)方式形成 720V 189Ah 的電池模塊，再將多個模塊并聯(lián)的方式形成電池簇。

● 現(xiàn)場電池情況

　　2018年4月，該儲能電站在豐臺區(qū)發(fā)改委備案，2019年3月正式運營，是北京市中心最大規(guī)模的商業(yè)用戶側(cè)儲能電站、最大規(guī)模的社會公共大功率充電站、第一個萬度級光儲充電站、第一個用戶側(cè)新能源直流增量配電網(wǎng)，也是北京市最大光儲充示范項目工程。

● 事故現(xiàn)場航拍情況

　　4月16日12時17分，北京市119 指揮中心接報該儲能電站起火警情，調(diào)派15個消防站47輛消防車235名指戰(zhàn)員到場處置。14時15分許，在對電站南區(qū)進行處置過程中，電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸，導致2名消防員犧牲。電科院報告稱，經(jīng)初步調(diào)查了解，事發(fā)前該電站正在進行施工調(diào)試。

　　電科院報告指出，發(fā)生事故的項目利用集美家居廣場天臺閑置空間，鋪設單晶硅面光伏板，構建光伏發(fā)電系統(tǒng)。同時，配置新能源汽車充電樁，將光伏發(fā)電、智能充電樁和儲能系統(tǒng)結合，最終形成光儲充一體化設施。

　　電科院報告強調(diào)， 該光儲充一體化項目中包含的儲能電站部分，與傳統(tǒng)的集中式儲能在電氣結構上存在較大差異。傳統(tǒng)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直流電，需配備一圈交流轉(zhuǎn)換直流的設備。

　　但是，該項目考慮電池級聯(lián)輸出本身為直流電的特性，去除了相應的“交轉(zhuǎn)直”、“直轉(zhuǎn)交” 的變電設備，電池直接串聯(lián)至 750V，經(jīng)過多機并聯(lián)，使得每個充電樁都可以達到 150kW功率，250A電流和750V電壓，相應參數(shù)對應國標充電樁輸出標準最高值。這種設計，雖然突破了現(xiàn)有設備的尺寸及性能限制，但對電池簇間的均流能力及直流開關設備的開斷能力提出了更高的要求。

8個誘因發(fā)布，定論尚無

　　電科院報告認為，“電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸”，符合鋰離子電池的安全事故誘發(fā)機制，即電池在內(nèi)外部激源的影響下，超出其安全技術承受能力，電池遭遇極端濫用條件，突發(fā)熱失控。電科院報告指出，電池儲能安全是一個系統(tǒng)性問題，涉及儲能電池、電池管理系統(tǒng)、電纜線束、系統(tǒng)電氣拓撲結構、預警監(jiān)控消防系統(tǒng)、運行環(huán)境、安全管理等多方面。由于目前能夠得到的信息有限，不能對具體事故原因下定論，僅能從不同維度分析各類可能的誘因。

誘因一：儲能電池安全質(zhì)量

　　鋰離子電池發(fā)生燃燒爆炸的根源在于電池熱失控，熱失控的誘因通常有電池內(nèi)部原因和外部原因兩種。內(nèi)部原因，比如電池制造過程中引入的電芯內(nèi)缺陷，或者電池在長期使用過程中由于充放電制度和環(huán)境因素使電池老化，電芯內(nèi)部產(chǎn)生了枝晶鋰，它的存在觸發(fā)了電池內(nèi)短路。

　　外部原因，如電池外部的電、熱沖擊，作用到電池本體都會使電池內(nèi)部出現(xiàn)不可逆的放熱反應。如果電池儲能系統(tǒng)集成過程中，沒有嚴格按照相關標準對儲能電池提出門檻性的安全性能要求，出現(xiàn)電池選型不當，電池基本安全質(zhì)量無法保障，一般濫用條件下極易熱失控。該電站的儲能電池是否按照儲能標準進行檢測目前未知，如果沒有經(jīng)過門檻性的安全性能檢測，可能存在較大的安全隱患。

誘因二：儲能系統(tǒng)電氣拓撲

　　從項目電氣拓撲上看，發(fā)生事故的項目是直流配網(wǎng)結構，儲能電站中的電池簇通過DC/DC變換系統(tǒng)與大功率直流充電樁、光伏發(fā)電系統(tǒng)共用直流母線上。與普遍使用的儲能電站交流配網(wǎng)拓撲相比，這種拓撲結構有若干安全隱患。

　　○如果電池簇之間存在不一致性，在工作時容易造成環(huán)流，當環(huán)流過大時會造成某個電池簇的過充或者過放，會加劇電池的老化或者衰退。

　　○如果直流母線上的負載發(fā)生短路，短路電流會通過母線傳遞給電池簇，瞬間的短路大電流會加劇電池內(nèi)部急劇升溫，引發(fā)事故。

　　○直流母線的絕緣要求較高，如果存在缺陷可能發(fā)生電弧火花，由于直流電流沒有過零點，不易熄滅，高溫電弧易引發(fā)電池、線纜等易燃物的火災。

　　○直流繼保系統(tǒng)的開關關斷過程由于沒有過零點，關斷比交流開關復雜，開關內(nèi)電弧不易熄滅，開關關斷時間較長，同時直流開關成本較高，有個別工程存在用交流開關替代直流開關的現(xiàn)象，交流開關用在直流系統(tǒng)中，當發(fā)生過流故障時有可能出現(xiàn)開關無法關斷，引發(fā)持續(xù)大電流，存在安全隱患。

　　○直流配電網(wǎng)絡中電力電子設備缺少足夠的電氣隔離措施，如果直流配電系統(tǒng)中接地工作處理不當，系統(tǒng)運行時電磁環(huán)流問題容易引起漏電流，漏電流在電池機柜、線纜等處累積的熱量有可能造成局部高溫，會引發(fā)電池產(chǎn)生火災從而造成安全隱患。

　　○從現(xiàn)場情況看，南區(qū)先發(fā)生事故，在處理南區(qū)事故時，北區(qū)在無征兆情況下發(fā)生爆燃，有可能是南北區(qū)共用直流母線，在南區(qū)發(fā)生事故時，南區(qū)已經(jīng)短路，但是由于直流保護系統(tǒng)未檢測到，未發(fā)生動作，造成北區(qū)電池瞬間過放，電流增大，引發(fā)事故。

誘因三：電池管理系統(tǒng)

　　除電芯外，電池儲能系統(tǒng)還包含 BMS、PCS、變壓器以及相關繼電保護設備、通信設備等一系列一次、二次設備，這些設備均可能因存在質(zhì)量缺陷、安裝調(diào)試過程不規(guī)范、設置不合理、絕緣不到位等因素，直接或間接引起儲能系統(tǒng)發(fā)生安全問題。

　　從事故現(xiàn)象看，電池管理系統(tǒng)可能存在采集數(shù)據(jù)周期較長、閾值設置不合理的現(xiàn)象，未在電池過充、過放或者熱失控階段發(fā)生預警，也未及時關斷對電池10充放電進行反應，加劇了電池發(fā)生失控的風險。

誘因四：電纜和線束現(xiàn)場布局

　　從公開的信息來看，事故項目的線纜采用的穿管橋架敷設，與電池柜的安全距離較近，如果線路上發(fā)生短路，線纜發(fā)生燃燒或者爆炸，極易造成連鎖反應，造成電池的著火或者爆炸。

　　電池模塊中的線束也是事故可能發(fā)生的根源，所有線束如果未作防火處理，或者采集線束和通信線束為明顯區(qū)分，易造成線束之間的干擾，造成電池管理系統(tǒng)信息不準，當發(fā)生事故時，處理不及時，線束不防火，很容易成為易燃源。

誘因五：電站防火設計

　　鋰離子電池在熱失控后，一方面會對周圍的電池產(chǎn)生強烈的熱沖擊，另一方面，會生成大量烷烴類可燃氣體，在外部負載短路形成的外部電沖擊、電池熱失控后的熱沖擊等作用下，如果儲能系統(tǒng)缺乏有效的防護措施，就可能造成電池事故的擴大。

　　若儲能裝置布置在室內(nèi)，當可燃氣體達到一定濃度時，遇明火會發(fā)生爆炸，更嚴重的是發(fā)生連鎖性爆炸事故。

　　根據(jù)媒體描述，事故項目有兩個變電站，一主一分，并網(wǎng)端應該在低壓側(cè)380的母聯(lián)那短路之后從電纜過去。而這個時間段消防救援已經(jīng)來了，由于儲能電池沒有隔離，所以消防隊員一進去（13:30 左右正是儲能放電的時間）就“毫無征兆”的爆炸了。由此推測，該電站的防火設計存在不足，現(xiàn)場的防火設計中未見有防火墻的設計，缺乏隔離吸能設施，沒有在儲能電池發(fā)生爆炸的情況起到有效的防護作用。

誘因六：電站配套的監(jiān)控預警滅火系統(tǒng)及消防用水

　　依據(jù)現(xiàn)場情況，北區(qū)突然發(fā)生爆炸，根據(jù)該現(xiàn)象推測可能是由于南區(qū)火災產(chǎn)生高溫，北區(qū)儲能系統(tǒng)的電池泄壓閥打開釋放電解液分解產(chǎn)生的可燃氣體，在密閉空間形成聚集，容易形成閃爆�，F(xiàn)場可能缺乏可燃氣體探測裝置或者探測裝置失靈，沒有有效檢測出可燃氣體，沒有做出及時預警，導致發(fā)生爆炸。

　　儲能站火勢蔓延較大，說明現(xiàn)場消防系統(tǒng)未在第一時間控制住火勢，現(xiàn)場設置的手持式滅火裝置不能發(fā)揮作用，不滿足鋰離子電池儲能電站的消防滅火需要。

　　從事故圖片來看，消防指戰(zhàn)員使用消防用水去撲滅南區(qū)儲能系統(tǒng)火災時，北區(qū)突然發(fā)生爆炸，由于南區(qū)、北區(qū)距離較近，消防用水在噴淋南區(qū)時可能接觸到了北區(qū)的儲能系統(tǒng)，由于儲能系統(tǒng)是高壓帶電體，水噴淋可能引起帶電體及其線路短路誘發(fā)火災或擴大電氣事故。因此，在儲能系統(tǒng)火災前期，有大量儲能電池還未受到影響的情況下，采用水作為消防滅火介質(zhì)，還是需要慎重考慮的。

誘因七：氣象環(huán)境因素

　　此次事故發(fā)生在4月16日下午，而在4月15日北京發(fā)布了大風黃色，沙塵藍色和森林火險橙色預警信號。大風、沙塵的氣象環(huán)境可能造成儲能系統(tǒng)內(nèi)部灰塵積聚，一方面不利于儲能系統(tǒng)的散熱，提高儲能系統(tǒng)運行溫度，另一方面沙塵的存在，對系統(tǒng)的絕緣造成不利影響，而絕緣失效容易造成電氣設備電擊穿、局部高溫，都會誘發(fā)儲能電池熱失控。

誘因八：人員現(xiàn)場操作和管理制度

　　據(jù)媒體報告，儲能電站事故發(fā)生時，現(xiàn)場有工作人員正在對儲能系統(tǒng)進行調(diào)試。儲能系統(tǒng)屬于高電壓、高能量的帶電系統(tǒng)，施工現(xiàn)場、調(diào)試運行現(xiàn)場有很多的線路，如果操作失誤或者現(xiàn)場處置不當，很容易出現(xiàn)安全問題。

　　從電池本體、集成、工程設計、施工到運行維護等，目前已有相關標準，如果不按照標準進行，存在現(xiàn)場作業(yè)不規(guī)范操作、監(jiān)管缺失、操作人員認識不充分等等，都可能導致嚴重后果。

　　電科院報告雖然沒能給出事故具體原因的定論，但提出的8個誘因，再次敲響了儲能電站安全防護的警鐘。大紅門儲能電站爆炸事故后，北京市開展了對所有用戶側(cè)儲能電站的安全隱患排查。（消息來源：電動汽車觀察家；編譯/汽車之家 周易）

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