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盡管鋰離子電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)事故比較少見，但可能會給電池儲能行業(yè)帶來毀滅性后果，并對工作人員和消防人員的人身安全構(gòu)成威脅。美國一個由儲能行業(yè)和消防安全專家組成的“能源安全響應(yīng)小組”（前身為儲能響應(yīng)小組）對于如何構(gòu)建更加安全的電池儲能系統(tǒng)進行了分析和闡述。
電池儲能系統(tǒng)的儲能容量通常為幾百千瓦時到幾兆瓦時，其部署范圍十分廣泛，通常部署在城市或鄉(xiāng)村，部署在太陽能發(fā)電場、變電站、商業(yè)或工業(yè)設(shè)施的各種能源設(shè)施的現(xiàn)場環(huán)境中，甚至部署在北極、沙漠或熱帶環(huán)境中。每個儲能項目都有各種利益相關(guān)者，其中包括：
•電池制造商。
•變頻器、容器/結(jié)構(gòu)、空調(diào)、消防和其他組件制造商。
•工程、采購與建筑（EPC）公司。
•金融機構(gòu)、保險公司和律師事務(wù)所。
•其他專業(yè)咨詢服務(wù)（消防、通訊、環(huán)境服務(wù)）。
然而，一些運營商和用戶在提議、構(gòu)思和建設(shè)電池儲能項目時，卻忽略消防安全方面的設(shè)計和規(guī)劃。盡管圍繞電池儲能項目的情況和細節(jié)可能會有很大的不同，但每個項目都需要響應(yīng)機構(gòu)和公共安全機構(gòu)的支持。近年來，一些電池儲能項目在部署方面的公開聽證會上遭到反對，從而導(dǎo)致工期延遲、成本超支，并且由于延遲運營而損失收入。解決這些問題的一個辦法是在規(guī)劃之初就與消防部門聯(lián)系，讓他們參與其中。
即使火熱得到抑制，鋰離子電池中殘留的能量也會引起重燃
根據(jù)能源安全響應(yīng)小組的建議，與消防部門開展合作可為計劃部署的儲能系統(tǒng)（ESS）提供響應(yīng)服務(wù)，從而在消防專業(yè)人員和儲能項目部署團隊之間建立信任，減少在公眾聽證會上的異議，并加快項目部署進度。
上述相關(guān)的利益相關(guān)者在電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)和部署中都有自己的角色和責(zé)任。消防部門也是如此，它應(yīng)該是項目部署的組成部分。部署團隊與消防部門開展合作，首先要了解消防人員的疑慮并加以解決，最終制定應(yīng)急計劃并開展相關(guān)培訓(xùn)。利益相關(guān)者并不希望電池儲能系統(tǒng)發(fā)生安全事故，但是如果發(fā)生，消防部門要求利益相關(guān)者了解并解釋有關(guān)站點、系統(tǒng)及其操作的某些信息。
消防部門關(guān)注的問題及解決方法
電池儲能技術(shù)是美國消防部門相對較新的技術(shù)。盡管不同的消防部門對電池儲能系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)有所不同，但每個機構(gòu)的主要關(guān)注點是相同的：消防人員的人身安全。
利益相關(guān)者和政府部門越來越意識到與電池儲能系統(tǒng)相關(guān)的危害，因此必須適當(dāng)解決他們關(guān)注的問題，這一點很重要。運營商以完整和透明的方式解決這些問題，不僅有助于提高消防人員的安全性，而且有助于確保項目部署成功。鋰離子電池故障最明顯的特征可能是一種被稱為“熱失控”的狀態(tài)，即電池單會發(fā)生無法控制的過熱情況，通常會伴隨釋放出大量可燃性氣體。
而故障電池的熱傳播可能會導(dǎo)致相鄰電池引發(fā)熱失控，從而在整個電池儲能系統(tǒng)中造成級聯(lián)故障，產(chǎn)生大量的熱量和氣體。當(dāng)這些可燃性氣體在封閉的空間（例如集裝箱式電池儲能系統(tǒng)）中積聚時，可能會形成爆炸性環(huán)境，而在出現(xiàn)火源的情況下，將會導(dǎo)致毀滅性的爆燃或爆炸事件。爆炸的沖擊波可能對附近的建筑物和到達現(xiàn)場的消防人員造成傷害，正如APS公司在亞利桑那州運營的電池儲能系統(tǒng)于2019年發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致爆炸的事件所看到的那樣。
在鋰離子電池故障事件中，發(fā)生火災(zāi)也很常見。由于級聯(lián)電池故障產(chǎn)生的大量熱量和氣體，其火災(zāi)難以撲滅，可能持續(xù)數(shù)小時。即使火勢得到抑制，電池殘留的能量也會引起重燃。
很多消防部門經(jīng)常提到基于環(huán)境污染的問題。電池起火時通常會釋放出大量煙霧和氣體，亞利桑那州的電池儲能系統(tǒng)發(fā)生起火并爆炸事件發(fā)生時，在現(xiàn)場測出大量的一氧化碳和氰化氫，也可能使周圍地區(qū)的水源遭到污染。電池故障期間和之后也存在電氣危險，因此不應(yīng)忽視。
儲能行業(yè)正在采取措施減輕電池故障的影響
隨著對電池故障相關(guān)危害的研究和更深入的了解，儲能行業(yè)組織正在采用更有效的保護措施來減輕其影響。例如，可以被視為儲能系統(tǒng)“大腦”的電池管理系統(tǒng)（BMS）的管理功能變得越來越強大，可以在電池層面提供熱量和電流的精細測量，并且對電池異常狀況提供更有效的系統(tǒng)響應(yīng)。
爆燃通風(fēng)板也將成為減輕電池爆炸沖擊波影響的常用解決方案。這些部署在電池外殼的頂部通風(fēng)板可以作為泄壓點，引導(dǎo)爆炸沖擊波遠離響應(yīng)人員和消防人員。而在理想情況下，爆炸性環(huán)境決不允許在電池外殼內(nèi)形成。
排氣系統(tǒng)雖然很少使用，但也被用來在達到爆炸極限之前釋放可燃氣體。
氣相消防系統(tǒng)（例如Novec 1230、FM-200、惰性氣體或氣霧劑）通常安裝在電池儲能系統(tǒng)外殼中，以抑制可能蔓延到附近電池的電氣火災(zāi)。但是需要注意的是，這些類型的系統(tǒng)對于撲滅電池相關(guān)火災(zāi)并不十分有效，也不能防止熱失控的發(fā)生。迄今為止，水基滅火方法仍然是為電池火災(zāi)提供冷卻并防止熱傳播到相鄰電池的最有效方法。
煙霧和氣體檢測器已被電池儲能系統(tǒng)廣泛采用，但具體取決于各種因素，它在識別初期故障事件方面可能是有效的，盡管事實證明它們在故障事件發(fā)生后提取關(guān)鍵實時數(shù)據(jù)并不可靠。然而，專為鋰離子電池廢氣設(shè)計的檢測技術(shù)開始出現(xiàn)，但尚未在電池儲能行業(yè)中得到廣泛采用。
UL 9540A的測試數(shù)據(jù)可用于證實電池制造商和集成商的安全聲明
向安全的轉(zhuǎn)變
最近發(fā)生在美國亞利桑那州、韓國和英國等地的鋰離子電池儲能系統(tǒng)起火或爆炸事故引起了全球相關(guān)行業(yè)、消防部門和法規(guī)部門的關(guān)注，并導(dǎo)致了電池儲能系統(tǒng)加強安全性的明顯轉(zhuǎn)變。美國各州的消防部門開始關(guān)注最近制定的有關(guān)電池儲能系統(tǒng)安全安裝的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
例如，美國在2018年版的《國際消防法規(guī)（IFC）》中增加了一個專門用于電池儲能系統(tǒng)的章節(jié)，該法規(guī)被許多州采用。即將發(fā)布的2021年版《國際消防法規(guī)（IFC）》包含了更嚴(yán)格的電池儲能系統(tǒng)安全要求。此外，美國消防協(xié)會（NFPA）最近已經(jīng)制定了自己的固定式儲能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)NFPA 855，美國各地的司法管轄區(qū)已開始遵循這一標(biāo)準(zhǔn)來部署電池儲能系統(tǒng)。
加利福尼亞州和紐約州的消防法規(guī)最近都采用了有關(guān)電池儲能系統(tǒng)部署的最新要求，這兩項要求都是基于《國際消防規(guī)范》第1206節(jié)的最新規(guī)定。紐約市以其在部署電池儲系統(tǒng)部署方面比較保守而聞名，在電池儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中發(fā)揮了重要的作用，并引發(fā)了許多關(guān)于電池儲能系統(tǒng)安全部署的討論。
為了在紐約市這樣人口稠密地區(qū)安全部署電池儲能系統(tǒng)，并確保消防人員的安全，紐約消防局（FDNY）在2019年10月制定和發(fā)布了自己的一套標(biāo)準(zhǔn)（3RCNY 608-081：室外固定式蓄電池系統(tǒng)）。
在美國，UL9540電池安全認證也正被標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范部門廣泛采用。UL9540A的測試數(shù)據(jù)（一種用于確定遭受熱失控電池性能的破壞性測試方法）可用于證實電池制造商和儲能集成商的安全聲明，并且IFC和NFPA 855標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電池之間的最大間隔距離。UL9540A標(biāo)準(zhǔn)也被紐約消防局(FDNY)和紐約市建筑局(DOB)采用，他們要求在紐約市部署的所有鋰離子電池儲能系統(tǒng)都要進行安全測試。
電池儲能系統(tǒng)的儲能容量通常為幾百千瓦時到幾兆瓦時，其部署范圍十分廣泛，通常部署在城市或鄉(xiāng)村，部署在太陽能發(fā)電場、變電站、商業(yè)或工業(yè)設(shè)施的各種能源設(shè)施的現(xiàn)場環(huán)境中，甚至部署在北極、沙漠或熱帶環(huán)境中。每個儲能項目都有各種利益相關(guān)者，其中包括：
•電池制造商。
•變頻器、容器/結(jié)構(gòu)、空調(diào)、消防和其他組件制造商。
•工程、采購與建筑（EPC）公司。
•金融機構(gòu)、保險公司和律師事務(wù)所。
•其他專業(yè)咨詢服務(wù)（消防、通訊、環(huán)境服務(wù)）。
然而，一些運營商和用戶在提議、構(gòu)思和建設(shè)電池儲能項目時，卻忽略消防安全方面的設(shè)計和規(guī)劃。盡管圍繞電池儲能項目的情況和細節(jié)可能會有很大的不同，但每個項目都需要響應(yīng)機構(gòu)和公共安全機構(gòu)的支持。近年來，一些電池儲能項目在部署方面的公開聽證會上遭到反對，從而導(dǎo)致工期延遲、成本超支，并且由于延遲運營而損失收入。解決這些問題的一個辦法是在規(guī)劃之初就與消防部門聯(lián)系，讓他們參與其中。
即使火熱得到抑制，鋰離子電池中殘留的能量也會引起重燃
根據(jù)能源安全響應(yīng)小組的建議，與消防部門開展合作可為計劃部署的儲能系統(tǒng)（ESS）提供響應(yīng)服務(wù)，從而在消防專業(yè)人員和儲能項目部署團隊之間建立信任，減少在公眾聽證會上的異議，并加快項目部署進度。
上述相關(guān)的利益相關(guān)者在電池儲能系統(tǒng)的開發(fā)和部署中都有自己的角色和責(zé)任。消防部門也是如此，它應(yīng)該是項目部署的組成部分。部署團隊與消防部門開展合作，首先要了解消防人員的疑慮并加以解決，最終制定應(yīng)急計劃并開展相關(guān)培訓(xùn)。利益相關(guān)者并不希望電池儲能系統(tǒng)發(fā)生安全事故，但是如果發(fā)生，消防部門要求利益相關(guān)者了解并解釋有關(guān)站點、系統(tǒng)及其操作的某些信息。
消防部門關(guān)注的問題及解決方法
電池儲能技術(shù)是美國消防部門相對較新的技術(shù)。盡管不同的消防部門對電池儲能系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)有所不同，但每個機構(gòu)的主要關(guān)注點是相同的：消防人員的人身安全。
利益相關(guān)者和政府部門越來越意識到與電池儲能系統(tǒng)相關(guān)的危害，因此必須適當(dāng)解決他們關(guān)注的問題，這一點很重要。運營商以完整和透明的方式解決這些問題，不僅有助于提高消防人員的安全性，而且有助于確保項目部署成功。鋰離子電池故障最明顯的特征可能是一種被稱為“熱失控”的狀態(tài)，即電池單會發(fā)生無法控制的過熱情況，通常會伴隨釋放出大量可燃性氣體。
而故障電池的熱傳播可能會導(dǎo)致相鄰電池引發(fā)熱失控，從而在整個電池儲能系統(tǒng)中造成級聯(lián)故障，產(chǎn)生大量的熱量和氣體。當(dāng)這些可燃性氣體在封閉的空間（例如集裝箱式電池儲能系統(tǒng)）中積聚時，可能會形成爆炸性環(huán)境，而在出現(xiàn)火源的情況下，將會導(dǎo)致毀滅性的爆燃或爆炸事件。爆炸的沖擊波可能對附近的建筑物和到達現(xiàn)場的消防人員造成傷害，正如APS公司在亞利桑那州運營的電池儲能系統(tǒng)于2019年發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致爆炸的事件所看到的那樣。
在鋰離子電池故障事件中，發(fā)生火災(zāi)也很常見。由于級聯(lián)電池故障產(chǎn)生的大量熱量和氣體，其火災(zāi)難以撲滅，可能持續(xù)數(shù)小時。即使火勢得到抑制，電池殘留的能量也會引起重燃。
很多消防部門經(jīng)常提到基于環(huán)境污染的問題。電池起火時通常會釋放出大量煙霧和氣體，亞利桑那州的電池儲能系統(tǒng)發(fā)生起火并爆炸事件發(fā)生時，在現(xiàn)場測出大量的一氧化碳和氰化氫，也可能使周圍地區(qū)的水源遭到污染。電池故障期間和之后也存在電氣危險，因此不應(yīng)忽視。
儲能行業(yè)正在采取措施減輕電池故障的影響
隨著對電池故障相關(guān)危害的研究和更深入的了解，儲能行業(yè)組織正在采用更有效的保護措施來減輕其影響。例如，可以被視為儲能系統(tǒng)“大腦”的電池管理系統(tǒng)（BMS）的管理功能變得越來越強大，可以在電池層面提供熱量和電流的精細測量，并且對電池異常狀況提供更有效的系統(tǒng)響應(yīng)。
爆燃通風(fēng)板也將成為減輕電池爆炸沖擊波影響的常用解決方案。這些部署在電池外殼的頂部通風(fēng)板可以作為泄壓點，引導(dǎo)爆炸沖擊波遠離響應(yīng)人員和消防人員。而在理想情況下，爆炸性環(huán)境決不允許在電池外殼內(nèi)形成。
排氣系統(tǒng)雖然很少使用，但也被用來在達到爆炸極限之前釋放可燃氣體。
氣相消防系統(tǒng)（例如Novec 1230、FM-200、惰性氣體或氣霧劑）通常安裝在電池儲能系統(tǒng)外殼中，以抑制可能蔓延到附近電池的電氣火災(zāi)。但是需要注意的是，這些類型的系統(tǒng)對于撲滅電池相關(guān)火災(zāi)并不十分有效，也不能防止熱失控的發(fā)生。迄今為止，水基滅火方法仍然是為電池火災(zāi)提供冷卻并防止熱傳播到相鄰電池的最有效方法。
煙霧和氣體檢測器已被電池儲能系統(tǒng)廣泛采用，但具體取決于各種因素，它在識別初期故障事件方面可能是有效的，盡管事實證明它們在故障事件發(fā)生后提取關(guān)鍵實時數(shù)據(jù)并不可靠。然而，專為鋰離子電池廢氣設(shè)計的檢測技術(shù)開始出現(xiàn)，但尚未在電池儲能行業(yè)中得到廣泛采用。
UL 9540A的測試數(shù)據(jù)可用于證實電池制造商和集成商的安全聲明
向安全的轉(zhuǎn)變
最近發(fā)生在美國亞利桑那州、韓國和英國等地的鋰離子電池儲能系統(tǒng)起火或爆炸事故引起了全球相關(guān)行業(yè)、消防部門和法規(guī)部門的關(guān)注，并導(dǎo)致了電池儲能系統(tǒng)加強安全性的明顯轉(zhuǎn)變。美國各州的消防部門開始關(guān)注最近制定的有關(guān)電池儲能系統(tǒng)安全安裝的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
例如，美國在2018年版的《國際消防法規(guī)（IFC）》中增加了一個專門用于電池儲能系統(tǒng)的章節(jié)，該法規(guī)被許多州采用。即將發(fā)布的2021年版《國際消防法規(guī)（IFC）》包含了更嚴(yán)格的電池儲能系統(tǒng)安全要求。此外，美國消防協(xié)會（NFPA）最近已經(jīng)制定了自己的固定式儲能系統(tǒng)安裝標(biāo)準(zhǔn)NFPA 855，美國各地的司法管轄區(qū)已開始遵循這一標(biāo)準(zhǔn)來部署電池儲能系統(tǒng)。
加利福尼亞州和紐約州的消防法規(guī)最近都采用了有關(guān)電池儲能系統(tǒng)部署的最新要求，這兩項要求都是基于《國際消防規(guī)范》第1206節(jié)的最新規(guī)定。紐約市以其在部署電池儲系統(tǒng)部署方面比較保守而聞名，在電池儲能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中發(fā)揮了重要的作用，并引發(fā)了許多關(guān)于電池儲能系統(tǒng)安全部署的討論。
為了在紐約市這樣人口稠密地區(qū)安全部署電池儲能系統(tǒng)，并確保消防人員的安全，紐約消防局（FDNY）在2019年10月制定和發(fā)布了自己的一套標(biāo)準(zhǔn)（3RCNY 608-081：室外固定式蓄電池系統(tǒng)）。
在美國，UL9540電池安全認證也正被標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范部門廣泛采用。UL9540A的測試數(shù)據(jù)（一種用于確定遭受熱失控電池性能的破壞性測試方法）可用于證實電池制造商和儲能集成商的安全聲明，并且IFC和NFPA 855標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電池之間的最大間隔距離。UL9540A標(biāo)準(zhǔn)也被紐約消防局(FDNY)和紐約市建筑局(DOB)采用，他們要求在紐約市部署的所有鋰離子電池儲能系統(tǒng)都要進行安全測試。
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