什么是储能系统?
顾名思义，储能系统是一种储存能量以备后用的系统。储能技术有多种形式和规模。例如，许多供电公司使用抽水蓄能设施来储存能量。
抽水蓄能设施虽然是一种有效的储能技术，但是运营很复杂并且投资巨大。因此，它们通常仅用于大型公用事业项目。虽然抽水蓄能设施目前占据了全球95%的储能容量，但供电公司正在越来越多地采用电池储能系统(BESS)。
电池储能系统通常采用锂电池以在短时间内储存能量。而部署电池储能系统的主要目的是提高电网的可靠性并提高断电等事件的应对能力。
用于商业和户用的电池储能系统是储能行业一个快速增长的细分部门。越来越多使用可再生能源发电设施(如光伏和风力发电设施)的住宅用户和企业也配套部署锂电池储能系统，可在电力生产过剩时储存电力，也可在停电时作为备用电源。
根据调查，就电池储能系统而言，锂电池储能在全球拥有90%的市场份额。应用研究的发展和制造规模的扩大，使安装储能设施的成本降低。预计电池储能的市场份额将实现指数级增长，这是因为其具有更好的应用前景以及传统使用模式的增长。
电池储能系统是什么样的?
受益于其更高的能量密度，锂电池在手机、电脑和电动车上广泛使用。对于商业规模安装，电池通常安装在集装箱中或电池架上，或者安装在专门的房间中。
每个电池都包含一个正极和一个负极，并具有将两者分开的隔板。电池内还包含锂离子电解质。其电解质是可燃或易燃液体，由有机溶剂中的锂盐组成。
电池储能系统有哪些风险和危害?
在处理和存储任何形式的能源时，总会存在一定程度的风险。在使用抽水蓄能设施时，可能存在蓄水池外溢，淹没周边地区的风险。
电池储能系统具更高的能量密度。这种设计虽然有效，但其潜在风险也必须得到控制。虽然大多数电池储能系统运行时不会发生故障，但必须考虑并解决一块或多块电池发生故障的风险。
电池储能系统的主要风险是电池损坏，或由内部故障或外部火灾导致的系统过热。这些故障将造成极大安全隐患，如有毒或易燃气体的释放，以及火灾和爆炸风险。当在监控系统识别出风险和安全隐患时，电池储能系统所有者或运营商有责任采取安全措施将其风险降到最低。
如何控制电池储能系统的风险?
幸运的是，电池储能系统的所有者和运营商通常拥有管理这些风险的指南。随着锂电池的日益普及和使用，管理其使用的标准也随之产生。第一个此类标准是2014年发布的UL9540标准。UL公司在2017年发布了标准9540A，其名称为《评估电池储能系统热失控火灾传播的测试方法标准》。在UL的带领下，美国消防协会(NFPA)推出了2020版《NFPA855：固定储能系统安装标准》。
在深入研究具体的风险管理策略之前，有必要了解电池储能系统的故障模型。
•阶段1
电池因机械损坏、内部或外部热事件或电气故障而受损。
•阶段2
少量气体(通常是氢气)从电池中产生并释放出来，同时释放热量;这个过程被称为“排气”。
•阶段3
随着热量的增加，电池开始冒烟。烟雾的存在预示着即将发生的灾难性事件，很可能着火和出现热失控。
•阶段4
随之而来的火灾和相邻电池将发生连锁反应，同时还有爆炸的可能性。
热失控是指电池内部的热量上升速度远远快于其耗散速度的情况。能量的快速释放会点燃电池故障释放的可燃性气体。受大火影响，相邻的电池也会以类似的方式失效。这会导致多米诺骨牌效应，致使电池接连发生燃烧和爆炸，带来灾难性后果。
图：美国消防协会NFPA
储能系统安全的第一道防线是电池管理系统(BMS)。采用电池管理系统的目的是监测电池充电和放电阶段的情况。一旦检测到温度超过安全范围，电池管理系统可以关闭电源，以防止电池内部温度持续升高。
电池管理系统通常配有气体监控设备，监控是否有易燃或有毒气体释放。这些设备具有快速响应时间(≤5秒)。在检测到有害气体之后，会向电池管理系统发送信号以关闭电池的电源。还可以启动通风系统排出易燃气体。
如果发生火灾会发生什么情况以及如何进行处理?
导致电池储能系统发生火灾的原因有很多：
•热失控导致火灾不断升级;
•电池中阴极的消耗会自行产生氧气;
•热失控事件将对外放热，热量释放使得通过用水进行冷却来灭火变得困难;
•可燃材料众多：
•A类：电线覆盖物、聚合物部件等。
•B类：电解质、溶剂和易燃气体
•C类：未燃烧电池的电量/剩余电压
•D类：阴极中的可燃金属(瞬时事件)
•电池的设计导致深层难以触及的火灾。
鉴于锂电池储能系统的特殊危险性，需要采用特殊的消防灭火系统。传统的灭火系统通常无效或低效。以自动喷水灭火系统为例。虽然测试表明它们可以有效扑灭锂电池火灾，但它们仍然存在一些缺点。
电子设备使用喷水灭火系统会导致电气故障(例如电池储能系统短路)。此外，可能会损坏周围未燃烧的电池。电池机架通常会阻止水进入。人们担心在扑灭火灾之后，受到污染的水可能渗透到地下水中，这会造成环境污染。这些水必须通过水处理设施进行控制和处理。最后，许多电池储能系统通常部署在供水有限或无法供水的偏远地区，因此用水扑灭火灾并不现实。
幸运的是，扑灭电池储能系统的火灾有一个很好的选择。冷凝气溶胶装置是一项经过验证的技术，有效可用且易于安装。《NFPA2010：冷凝气溶胶灭火系统标准》指导了冷凝气溶胶系统的使用和安装。
用于电池储能系统的冷凝气溶胶装置作为一个全淹没系统，是一种分为A级(表面)、B级和C级火灾的灭火剂。冷凝气溶胶装置的一个显著特点是它们是独立部署的，不需要安装管道。仅凭这一特性，它们就与许多其他可能需要大量管道、供水、减压装置或容纳灭火设施的消防系统区分开来。
冷凝气溶胶装置的附加功能包括：
•易于对现有装置进行改造
•容易维护
•比其他类型的消防系统更具成本效益
•无环境污染
冷凝气溶胶灭火装置可通过两种不同的方法激活：
(1)它们连接到烟雾探测系统。一旦烟雾探测器感应到烟雾，它就会发出信号，然后释放气溶胶。
(2)冷凝气溶胶装置本身可以指定一个内置的热检测/激活装置。由于它们安装在储能系统的顶部，一旦在规定的激活水平下检测到热量并释放气溶胶。
在激活之后，冷凝气溶胶装置会释放出高度电离的钾灭火颗粒的超细悬浮液。这些颗粒与燃烧产生的自由基结合，将会切断火灾的传播途径，从而抑制火势。这些颗粒会在在电池储能系统的空间悬浮长达20分钟，以防止闪爆。
闪爆是一种人们必须认识到的危险。由于电池储能系统火灾的深层性质以及灭火后易燃蒸气和热量仍然滞留的事实，打开储能系统外壳时必须小心谨慎。这种危险在APS公司在亚利桑那州运营的一个电池储能系统在2019年发生的火灾和爆炸事件中得到证明，消防人员打开部署电池储能系统的外壳之后，导致氧气进入，最后发生了爆炸，导致7名消防人员受伤，一人牺牲。
为防止类似情况发生，建议在打开电池储能系统外壳之前先冷却内部。一种具有成本效益的方法是在外壳内安装干式管道喷水灭火系统。“干式管道”意味着没有专门的供水系统，可以采用消防供水。
使用干式管道系统只允许排放冷却所需的水，而标准喷水灭火系统会连续喷水直到被消防人员关闭。因此，干式管道系统可防止对未燃烧的电池造成不必要的损坏。
毫无疑问，电池储能系统将得到更为普遍的应用。随着数量的增加，在安装和运营中发生火灾或爆炸的可能性也会增加。鉴于电池储能系统火灾的危险性质，识别并采取必要措施减轻相关风险和危害至关重要。
