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1.1 儲能安全概念及分類
電化學儲能系統(tǒng)及儲能電站的安全可以從不同角度、不同層級進行分類和定義，主要包括本體安全和系統(tǒng)安全、主動安全和被動安全、非本質安全和本質安全等分類體系。
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)生燃燒爆炸的危險程度。鋰離子電池儲能系統(tǒng)的本體安全性能檢測應按照GB/T 36276-2023 的安全性能技術要求和試驗方法進行控制，其他電化學儲能系統(tǒng)可結合具體情況參照執(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)、儲能變流器、冷卻系統(tǒng)、繼電保護裝置等配件和設備組成的整個儲能系統(tǒng)的安全性。儲能系統(tǒng)應具備面對內(nèi)部異?；蛘咄饨绛h(huán)境干擾時，依靠自身設計能夠控制風險或者將風險危害等級降至最低的能力。
1.1.2 主動安全和被動安全
1.1.2.1 主動安全
主動安全指電池單體、電池模組或電池簇主動監(jiān)測、防范和控制儲能過程中可能出現(xiàn)的安全風險，從而避免火災、爆炸或其他安全事故的發(fā)生，強調(diào)事故發(fā)生前的主動監(jiān)測、防范和控制措施。
1.1.2.2 被動安全
被動安全是指在儲能系統(tǒng)發(fā)生安全事故的初期，通過消防設施或其他應急措施防止事故擴大，降低事故造成的影響范圍，減小事故產(chǎn)生的危害，強調(diào)事故發(fā)生后的及時響應和控制。
1.1.3 非本質安全和本質安全
1.1.3.1 非本質安全
非本質安全是指在對象發(fā)生熱失控后，通過抑制措施減緩甚至阻止熱擴散及燃燒爆炸的進一步發(fā)生。
非本質安全的對象可分為電池單體、電池模塊、電池簇以及電池集裝箱系統(tǒng)。其中，電池單體的非本質安全是指在電池單體出現(xiàn)熱失控后，采取及時斷電、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安全是指當模塊或簇內(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，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)的非本質安全是指當集裝箱內(nèi)部發(fā)生大面積熱失控或局部燃燒時，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 本質安全
本質安全也稱為本征安全，是指正常工作和一定濫用條件下，有措施使得對象不發(fā)生熱失控，從而切斷燃燒爆炸的誘因。
本質安全的對象可分為電池單體、電池模塊、電池簇以及電池集裝箱系統(tǒng)等不同層級。電池單體的本質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安全是指即使某個電池單體發(fā)生熱失控，能夠有相應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)的本質安全是指即使某個電池簇多顆電池發(fā)生熱失控后，能夠有相應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，電芯級別的本質安全電化學儲能技術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 設計安全
電化學儲能系統(tǒng)的設計包括材料、結構、電氣電子、監(jiān)控預警、溫控、消防等多個環(huán)節(jié)，設計不當可能引發(fā)安全事故。例如，2023年美國沃里克市鋰離子儲能電站因為儲能柜體設計存在缺陷，外部水滲入電池容器，引發(fā)電氣短路，發(fā)生火災。
1.1.4.2 生產(chǎn)安全
電化學儲能系統(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載，部分電池長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；生產(chǎn)環(huán)境中的靜電放電可能對電池內(nèi)部的電化學反應造成影響，特別是電池的控制芯片或其他電子元件可能因為靜電放電而失效。
1.1.4.3 運輸安全
運輸安全問題包括在運輸過程中受到強烈物理沖擊或環(huán)境溫度過高時，電池發(fā)生熱失控，造成起火或爆炸。例如，2020年一輛載有六個大型儲能鋰離子電池的半掛式卡車在洛杉磯圣佩德羅港口側翻，沖擊導致電池熱失控起火。此外，較弱的撞擊、振動、跌落也可能導致電池結構受損，影響電池的性能或引發(fā)潛在安全隱患；電池在運輸過程中沒有被妥善包裝和絕緣，因靜電或其他導電物質接觸，也可能出現(xiàn)短路等現(xiàn)象。
1.1.4.4 建設安全
電化學儲能系統(tǒng)的建設安全隱患包括但不限于：在建設調(diào)試過程中，電化學儲能系統(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導致個別電池過熱，引發(fā)連鎖反應；調(diào)試期間的接線錯誤或誤操作引發(fā)短路，如電池極性連接不當或電纜連接不穩(wěn)等；在調(diào)試階段，消防系統(tǒng)或其他安全防護裝置尚未完全啟用或設置不當，導致出現(xiàn)安全隱患時無法及時響應；建設階段設備安裝不當，導致使用過程中因震動或移動產(chǎn)生松動，影響電氣連接的穩(wěn)定性；操作員未嚴格遵守安全規(guī)程，忽略潛在的安全隱患，導致事故發(fā)生。例如，2022年，江蘇南通某儲能電站因操作人員調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)時錯誤設置了溫度閾值，導致散熱系統(tǒng)未及時啟動，使得部分電池溫度持續(xù)升高至熱失控臨界點，發(fā)生火災。
1.1.4.5運維安全
電化學儲能系統(tǒng)的運維安全隱患包括但不限于：在運營維護過程中，電池可能出現(xiàn)老化，容量下降，形成鋰枝晶的風險增大，電池更容易出現(xiàn)內(nèi)短路；老化后電池無法提供預期的電力輸出，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；儲能系統(tǒng)中的空氣過濾和散熱系統(tǒng)未得到定期維護，灰塵和污染物積累在散熱器或通風口處，影響散熱效果；系統(tǒng)中的機械結構在長時間的振動和應力作用下出現(xiàn)疲勞或損傷，導致出現(xiàn)安全事故。例如，2021年澳大利亞的維多利亞大型電池儲能項目由于儲能系統(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，導致電池熱失控。
1.1.4.6 回收安全
電化學儲能系統(tǒng)的回收安全隱患包括但不限于：電化學儲能系統(tǒng)在回收時還存有剩余電量，在系統(tǒng)拆解過程中出現(xiàn)機械損傷如撞擊擠壓等，電池仍具有熱失控風險；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)化學反應，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，同時儲能系統(tǒng)中的電子元件、控制器等，可能含有鉛、汞等有毒物質，處置不當會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，造成嚴重火災和爆炸事故。
1.2 儲能安全標準概述
國內(nèi)電化學儲能系統(tǒng)標準逐步完善。例如，國家標準GB/T 36276規(guī)定了電力儲能用鋰離子電池的基本設計、技術參數(shù)、性能要求和安全測試方法，而針對電池本質安全的團體標準也在制定中。
國際和海外標準也成為企業(yè)拓展海外市場的重要依據(jù)。國際標準IEC 62933-5-2規(guī)定了電化學儲能系統(tǒng)的安全要求，包括系統(tǒng)設計、安裝、操作和維護，以確保在各種使用環(huán)境中的安全性。IEC 62619針對用于儲能的鋰離子電池，規(guī)定了電池的安全測試方法，包括過充、短路、振動、沖擊等測試項目。美國標準UL 1973規(guī)定了用于儲能的鋰離子電池的安全測試標準，涉及電池單體和模組的短路、過充、振動、沖擊測試等。歐洲標準CENELEC TC 21X規(guī)定了一系列關于電化學儲能系統(tǒng)的安全標準，涵蓋了電池的熱穩(wěn)定性、化學防護、極端環(huán)境適應性等內(nèi)容。
未來，儲能系統(tǒng)的國際國內(nèi)標準和認證體系將會更加嚴格，不僅針對電化學儲能系統(tǒng)中的電池安全，而且對其他設備的綜合安全性也將提出高要求，確保儲能系統(tǒng)整體安全性。
1.3 儲能安全發(fā)展趨勢
基于能源結構轉型的需求、應用場景的拓展、智能化控制與優(yōu)化調(diào)度等多方面因素，電化學儲能系統(tǒng)將在能源領域發(fā)揮更加重要的作用。本質安全被認為是從根源上消除燃燒誘因（熱失控）的有效途徑，將本質安全定義引用到電化學儲能系統(tǒng)上，將保證電化學儲能系統(tǒng)達到更高的安全標準，也是未來電化學儲能安全技術開發(fā)的重要方向。
目前絕大多數(shù)儲能鋰離子電池還無法達到電芯級別的本質安全標準，因此未來從技術本體屬性或儲能場景需求進行安全等級的劃分，以此保證電化學儲能系統(tǒng)的應用安全也非常重要。
（引自《電化學儲能系統(tǒng)安全指南》第一章）
