回看甘肅20MW儲能電站火災事故——過充引發(fā)的連鎖反應！

2023年4月22日，甘肅武威民勤縣某20MWh儲能電站發(fā)生火災，過火面積達30平方米，直接經(jīng)濟損失410萬元。這場事故的“元兇”被鎖定為1號電池艙第4簇第12模塊的磷酸鐵鋰電池。該模塊設計充電時間為2小時，但在實際測試中持續(xù)充電3小時，導致過充引發(fā)熱失控。

近日，武威市消防救援支隊郭子清在國家級刊物《中國設備工程》發(fā)表《一起儲能電站火災事故的分析與研究》（文章編號：1671-0711（2023）10（上）-0006-03）。

論文就2023年4月發(fā)生在甘肅武威民勤縣某儲能電站發(fā)生火災事故進行調查，確定為磷酸鐵鋰電池熱失控引發(fā)火災。起火電池模塊設計充電時間為2h，在滿充測試過程中實際充電時間達3h，由于過充電導致鋰離子電池正、負極性質發(fā)生變化，正、負極上的放熱反應和鋰枝晶引發(fā)的內短路共同引發(fā)電池熱失控。

下面是事故鏈的解剖：  

過充觸發(fā)正負極異常：過充使鋰離子在負極過度沉積，形成鋰枝晶，刺穿隔膜導致內短路；  

放熱反應與氣體釋放：正極材料分解（如磷酸鐵鋰氧化）、電解液分解產(chǎn)生可燃氣體（如CO、CH?），內部壓力驟增導致電池鼓脹；  

熱失控擴散：第12模塊噴放高溫氣體和電解液，相鄰電池受熱后相繼發(fā)生熱失控，形成“多米諾效應”；  

消防系統(tǒng)失效：氣體滅火裝置未能有效降溫，最終依賴2000立方米消防水持續(xù)噴灑24小時才控制火勢。

這一案例揭示了儲能系統(tǒng)從設計、運行到消防的全鏈條風險點。

熱失控是鋰電池內部能量失衡的極端表現(xiàn)。其本質是產(chǎn)熱速率遠超散熱能力，形成“溫度升高→反應加速→產(chǎn)熱更多”的正反饋循環(huán)。  

通常，鋰電池的熱失控是受到3種濫用的影響而引起的，分別是機械濫用、電濫用、熱濫用。其中：

電氣濫用（占比約60%）：包括過充、過放、外部短路。過充時，正極脫鋰過度導致結構坍塌，負極鋰沉積形成枝晶；  

機械濫用：指電池受到碰撞、擠壓、針刺等外部受力，導致隔膜破損，直接引發(fā)內短路；  

熱濫用：環(huán)境溫度超過60℃可能加速電解液分解；  

實際上，這3種濫用情況并不是完全獨立的，而是存在鏈式關系。3種濫用情況的關系如圖1所示。

從圖1可見，機械濫用先會導致電濫用，進而電濫用又會導致熱濫用，最終觸發(fā)熱失控。

機械濫用導致電濫用的原因是，外部受力使鋰電池內部隔膜破裂，促使正極與負極相連，從而引發(fā)內部短路，即電濫用的一種情況。
電濫用導致熱濫用的原因是一旦鋰電池內部出現(xiàn)短路，大量熱量會被釋放，更高溫條件下的化學反應會被觸發(fā)，這些反應又進一步地釋放熱量，這就相當于外部熱源不斷對電池加熱，即熱濫用。一旦電池內部熱量積累到一定程度，熱失控爆發(fā)。

此外，制造方面的缺陷如雜質混入、焊接不良等工藝問題，也會為儲能電池發(fā)生熱失控埋下隱患。

以下為事故發(fā)生前該電站監(jiān)控中心后臺記錄的事件：

從上圖中可以得出，事故儲能電站的主動安全防控設備還亟待完善。

具體來看：

在本案中，電池管理的“盲區(qū)” ， 一方面體現(xiàn)在BMS未能準確評估電池狀態(tài)。

依據(jù)電站內部監(jiān)控中心數(shù)據(jù)，本次熱失控的第4簇第12模塊，設計充電時間為2h，而當日15時即事故發(fā)生前兩小時左右，現(xiàn)場測試人員對電池進行滿充測試，實際充電時間達到了3h，是可能導致電池進入過充濫用的高風險行為。

一般來說，出于事故防范和安全運營的角度，電站對測試人員操作的安全性應配置有效的監(jiān)測，并在發(fā)現(xiàn)不恰當操作時給出及時示警。而在本次事故發(fā)生前，BMS沒有對超時充電操作給出進行任何風險提示。

另一方面，電站BMS也未能及時對熱失控進行報警。本次事故發(fā)生前20分鐘，起火點第4簇第12模塊電池已經(jīng)出現(xiàn)升溫，但BMS在當時僅僅給出了過壓警告，未對可能導致起火的危險溫升現(xiàn)象作出提示；此外，起火點模塊電池出現(xiàn)過溫后，艙內14簇各模塊電池受熱出現(xiàn)了整體溫升現(xiàn)象，BMS也未對該現(xiàn)象及此后的熱失控作任何明確提示。

從了解到的該事故儲能電站的基本情況來看，該電站設有4座集裝箱式儲能電池艙及儲能升壓一體艙，由北向南依次布置，分別編號為1~4號。每座儲能電池艙長13.7m、寬2.43m、高2.95m，南、北兩側共設有16個箱門，每個箱門對應一簇電池組，其中北側由東向西設有1~7簇電池組，南側由東向西設有8~14簇電池組；中間部位設有電氣艙，電氣艙內北側為氣體滅火系統(tǒng)、南側為電腦主機裝置（見圖 1）。每簇電池組內裝配有25個電池模塊（見圖2），每個電池模塊又包括16個磷酸鐵鋰電池芯，上述每簇電池組內25個電池模塊之間、每個電池模塊16個電池芯之間均為串聯(lián)，簇與簇之間為并聯(lián)。

由以上信息可得，該集裝箱式儲能艙內電池密集排列，熱量易積聚。電池模塊間距不足5厘米，加速了熱擴散。  

從公布的信息來看，該儲能電站電氣艙內配備的主要是氣體滅火系統(tǒng)，而七氟丙烷可撲滅明火，卻無法阻斷鋰電池內部反應，復燃率高達60%。此外，本案消耗2000立方米水，也暴露了偏遠地區(qū)儲水設施配套不足的問題。

電氣艙布局缺陷：本案電氣艙與電池艙未完全隔離，火災后電氣設備故障加速了系統(tǒng)崩潰。  

甘肅武威火災如同一面鏡子，映照出電化學儲能技術的“成長陣痛”。事實上，近年來，每年超過10起的儲能安全事故，正在扯開儲能安全的遮羞布。行業(yè)亟需從“被動防護”走向“主動免疫”。

具體來看，一方面應從設計優(yōu)化入手，例如：

引入AI算法：將AI算法深度嵌入BMS（電池管理系統(tǒng)）和EMS（能源管理系統(tǒng)）。通過實時預測電池健康狀態(tài)（SOH）、優(yōu)化充放電策略，系統(tǒng)效率提升15%以上。據(jù)了解，目前特斯拉Megapack、華為智能組串式儲能均已實現(xiàn)“自學習”故障預警，2025年AI運維或成行業(yè)標配。

發(fā)展模塊級消防：在電池模塊內集成氣溶膠或全氟己酮噴口，實現(xiàn)早期精準滅火；  

采取物理隔離設計：采用防火艙體、防爆閥，延緩熱擴散速度。

另一方面，材料創(chuàng)新也是突破新型儲能本質安全的重要途徑。例如，固態(tài)電解質可從根本上消除液態(tài)電解液燃燒風險。目前豐田、QuantumScape等企業(yè)將固態(tài)電池技術延伸至儲能領域。2025年，首批20MWh級固態(tài)電池儲能站將在日本、德國投運，其高安全性（無熱失控風險）和能量密度（超400Wh/kg）將重新定義工商業(yè)儲能標準。

據(jù)統(tǒng)計，自2025年初以來，固態(tài)電池儲能領域的采購需求已超過412MWh。同時，自去年起，儲能招投標市場已累計釋放出近1GWh的固態(tài)電池采購需求，顯示出強勁的市場潛力。

此外，寧德時代已商用的鈉離子電池，也有望從根源提升電化學儲能的安全性。

行業(yè)亂象正在加速倒逼各國政府重塑儲能監(jiān)管框架。就在2025年2月16日，德國火速通過的《儲能安全法》草案，要求所有儲能系統(tǒng)必須配備火災自動隔離艙；美國的NFPA 855標準規(guī)定儲能系統(tǒng)安全距離及滅火裝置配置，違者最高罰金50萬美元。

中國作為全球最大儲能市場，亦在加速補足標準短板。24年4月，浙江溫州針對工商業(yè)儲能電站項目，掀起了一場嚴厲的消防安全整改。要求所有已備案的、500KWh以下的工商業(yè)儲能電站在一定時間內提交經(jīng)第三方機構檢測合格的消防質量檢測報告。

此后，杭州市建委、杭州市發(fā)改委也聯(lián)合發(fā)文，明確新建、擴建或改建的容量為500千瓦時及以上的電化學儲能電站建設工程，參照電力建設工程開展消防設計審查驗收，屬于特殊建設工程的，應進行消防設計審查、消防驗收；屬于其他建設工程的，實行備案抽查制度。

24年8月中旬，浙江金華市武義縣也公開征求《武義縣電化學儲能項目建設管理工作指南（試行）》意見。文件明確，電化學儲能電站申報消防備案前，項目單位應組織竣工驗收，消防查驗應納入竣工驗收內容，查驗結果作為工程竣工驗收報告附件。

據(jù)行業(yè)媒體“高工儲能”披露，浙江省內已備案的2000多個儲能項目中，90%以上都將面臨消防整改。

而截至目前，全國至少已有19個省市將儲能電站納入了消防安全重點單位。

2025年初，八部門更是發(fā)布《新型儲能制造業(yè)高質量發(fā)展行動方案》，明確將儲能消防成本占比從3%提升至8%，并建立全生命周期安全標準，倒逼行業(yè)從“低價低質”轉向“安全溢價”。

此外，海南省發(fā)改委近日發(fā)布《海南省電力建設與保護條例（修訂草案）》（征求意見稿），明確提到：規(guī)模化儲能電站應當依法建立專職消防隊伍或應急救援隊伍，保障本單位生產(chǎn)安全。

安全警報長鳴下，目前行業(yè)頭部企業(yè)已經(jīng)率先摒棄低階“價格戰(zhàn)”，轉向“安全戰(zhàn)”，通過技術創(chuàng)新重構儲能安全邊界，為用戶提供更加可靠、安全的儲能解決方案。

具體來看：

電芯廠商：通過材料創(chuàng)新提升安全性能

寧德時代“天恒”系統(tǒng)：采用仿生SEI膜和自組裝電解液技術，電芯失效率降至十億分之一（PPB級），并通過6MWh大容量集裝箱設計減少熱失控風險。

比亞迪“刀片電芯+蜂窩結構”：魔方儲能產(chǎn)品MCCube通過全球首個TS-800大規(guī)?；馃郎y試，柜間火勢蔓延抑制能力達行業(yè)頂尖水平。

系統(tǒng)集成商：場景化集成突破安全瓶頸

陽光電源PowerStack 800CS：集成314Ah電芯與三電融合技術（BMS+PCS+EMS），通過500項出廠測試及全生命周期保險，確保用戶安全無憂。

針對鋰電池儲能安全困境，陽光電源還在去年11月重金投入約3000萬，對20MWhPowerTitan2.0進行了最大規(guī)模、最長時間的真機燃燒不蔓延測試。

楚能“浸默”解決方案：通過液體浸沒實現(xiàn)PACK高密封性，結合網(wǎng)格化管理實現(xiàn)預警、探測、消防聯(lián)動，有效抑制復燃。

新型儲能的未來，一定是實現(xiàn)“既儲得住能量，又守得住安全”的終極目標。正如寧德時代首席科學家吳凱所言：“在能源革命的浪潮中，安全不是選擇題，而是必答題。”  隨著安全與性能并重成為行業(yè)共識，材料科學與系統(tǒng)集成技術將雙輪驅動，提升儲能系統(tǒng)的整體安全性。