近年来，随着我国能源改型升级步伐的加快，以储能技术与系统为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视，储能技术被大规模的应用于电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节，不仅推动我国能源供给革命，而且是实现智能电网必不可少的核心技术[1,2]。可再生能源的波动性、间歇性给电力系统稳定运行带来了巨大挑战。储能系统具有灵活的充放电特性，能很好的应对新能源带来的各种问题，在电网中拥有广泛的应用场景，具有平抑功率波动、削峰填谷、改善电能质量、形成微电网、参与系统调频和提升运行可靠性等功能[3]。储能在发电侧、电网侧和用户侧均取得快速规模化应用，逐渐成为我国能源清洁化转型和能源互联网发展的重要组成部分和关键支撑技术[4]。
近来，国内外发生的电力储能系统火灾引起大家对锂电池储能系统的普遍关注。2018年7月2日，一起大规模储能电站着火事故在韩国灵岩引爆，其中，708m2建筑及3500多个电池被烧毁，经济亏损约46亿韩元；美国亚利桑那州APS公司的电池储能电站于2019年4月19日发生起火爆炸，此次事件除了造成巨大的经济损失外，还致使四名消防员受伤。据不完全统计，全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起，造成了重大的财产损失。因此，在锂离子电池成本降低到商业化的拐点后，储能系统的消防安全问题[7]就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
本文在综合分析目前电力储能安全和现有消防技术与装备技术现状的基础上，针对锂离子电池火灾特征，对比分析与电动汽车的安全异同和技术标准的差异，讨论和概括了现有消防灭火剂的适用性及消防装置的有效性，针对电力储能系统特征，阐明锂离子电池电力储能消防安全技术需求，厘清可行的技术途径，为储能技术的产业化推广提供理论支持。
1 锂离子电池火灾特征分析
锂离子电池火灾与普通火灾具有较大的不同，其作为能量聚集体，在热失控发生后因电池内部产热引起火灾，常规的通过物理稀释隔绝氧气或切断燃烧链的方法并不能彻底扑灭锂电池火灾。因此，针对锂离子电池火灾机理、锂离子储能系统火灾及蔓延特征进行深入的研究分析具有重要意义。
1.1 锂离子电池火灾机理分析
图1
图2
图2
储能技术在高渗率可再生能源消纳中的应用示意图
Fig. 2
Application of energy storage technology in high permeability renewable energy
图3
锂离子电池的热失控机理包括三个阶段[11]：
第一阶段：锂电池热失控初期阶段
由于内外因素引起电池内部温度迅速高达90~100℃左右，此时，负极表面的SEI钝化层分解释放出巨大热量引起电池内部温度快速升高，SEI膜主要由稳定层（如LiF和Li2CO3）和亚稳层（(CH2OCO2Li)2、ROCO2 Li、ROLi和含氧聚合物）构成。在110~120℃左右时转化成Li2CO3，同时释放出CO2，反应方程见
SEI钝化层的分解，不仅导致电池内部温度的进一步升高，而且会促进电解液与正极进行反应，SEI膜失去保护。
当温度分别达到135℃和166℃时，PE和PP隔膜开始融化，随着温度进一步升高，隔膜收缩，正极与负极之间相互接触造成短路，从而引发电池的持续放热。
第二阶段：电池鼓包阶段
在温度约为250-350℃时锂与电解液中的有机溶剂（碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯（DMC））发生反应，挥发出可燃的碳氢化合物气体(甲烷、乙烷)[15]。
第三阶段：电池热失控，爆炸失效阶段
在这个阶段中，充电状态下的正极材料与电解液继续发生剧烈的氧化分解反应，产生高温和大量有毒气体，导致电池剧烈燃烧甚至爆炸。
锂电池安全性能的改善主要通过对正极、负极、隔膜、电解液和电池结构进行优化[11]。正极：可以采取掺杂和包覆，元素替代的方式来提高正极材料的热稳定性，以及选用本征安全性高的磷酸铁锂正极材料。负极：对负极材料进行包覆，或通过电解液添加剂提高负极SEI膜的稳定性，以及采用新型负极，如钛酸锂（Li4Ti5O12）负极提高负极的安全性能。电解液：使用阻燃添加剂，采用离子液体、固体聚合物电解质、电解质盐的替代等方式改良电解液的热安全特性，而且可以通过在电解液中增加过充保护添加剂的方式来提升电池的抗过充能力。隔膜：选用高安全性隔膜，通过陶瓷包覆等手段，降低隔膜热收缩率、提高隔膜失效温度。电芯设计：增加电芯安全装置，如防爆阀、电流中断装置和正温度系数装置等。
1.2 锂离子电池电力储能系统火灾特征及蔓延特征
图4
图4
目前典型锂电池集装箱储能系统组件示意图
Fig. 4
Schematic diagram of typical lithium ion battery container energy storage system
锂电池的热蔓延过程，主要是由于首节电池内部的SEI膜、电解液、正极、锂金属发生分解反应后大规模的释放热量导致电池单体热失控，其中，一些热量引起电池单体内部温度不可逆的急剧升高，同时该部分热量通过热传质、热辐射引发相邻电池单体受影响后也相继发生热失控，另一部分热量随着气体和颗粒物散发而释放，并随着气流流动将能量传到周围电池处，最终导致整个锂电池储能系统的发生火灾事故。
需要指出的是，目前在我国发生的火灾中事故中,有半数以上属于电气火灾,而锂离子电池储能系统由大量的电气系统构成，电气火灾则可能诱发更严重的锂电池火灾[24]。因此，关注电气火灾的起因与消防措施，对储能系统火灾的防控具有同样重要的意义。电气火灾主要诱因包括线路短路、负荷过载、接触电阻过大、电火花电弧以及电动机发热起火。电气火灾的消防装置主要包括监控系统与消防装置。根据国家标准GB14287-2005《电气火灾监控系统》以及相关规范《电气火灾监控系统的设计方法》(暂行规定)，电气火灾监控系统的基本组成应包括：电气火灾监控设备、剩余电流式电气火灾监控探测器以及测温式电气火灾监控探测器等。消防装置主要包括室内外消火栓等设施，如自动喷水与灭火系统、CO2气体自动灭火系统、水喷雾自动灭火系统、泡沫灭火系统等。对于锂离子电池储能系统而言，消防安全必须同时考虑电气火灾安全与电池火灾安全，双管齐下，才能有效保障储能系统的安全性。
1.3 电力储能电池与电动汽车电池安全性的联系与区别
图5
图5
电力储能与电动汽车安全性联系与区别
Fig. 5
The difference and connection of safety between electric energy storage and electric vehicle
电池系统的规模。锂离子储能系统与电动汽车均使用锂离子电池作为基本单元，其组成均可以分为电池单体、模组、电池包和系统四个层级。但储能系统的电池单体数量远远超过电动汽车电池系统，储能装置的整体能量相对于电动汽车电池系统高1~2个数量级，火灾事故的程度和影响更加严重。
火灾事故的机理。储能系统与电动汽车电池火灾均由于电池滥用导致某一单体电池热失控，进而引发大规模火灾事故。但二者火灾蔓延特征不完全相同。电动汽车火灾中，某一热失控电池单体温度升高，引发相邻电池单体或模组发生火灾；而储能系统通常由十几个甚至几十个模组构成，某一单体电池热失控通常导致模组之间的火灾蔓延。
火灾防控的措施。储能系统的火灾防控，通常需要考虑模组安全设计、电池管理系统、火灾预警系统与火灾消防系统等层面，而电动汽车电池系统由于电池仓体积限制，其火灾防控通常仅涉及前两个层面。对于储能系统而言，由于锂离子电池的热失控呈链式爆发，火灾蔓延迅速，预警系统的及时性与消防系统的有效性非常关键。
安全性评价标准。电动汽车动力电池安全性评价，可参考UL2580-2013《电动汽车电池安全规范标准》与GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》等标准规范。目前没有储能电池安全量化评价规范，实际应用中多引用电动汽车用锂离子电池相关测试标准。储能系统的安全评价体系应从电池性能、运行状态、设计与配置、安装环境、工程规范性、可靠性于可维护性、运维管理、厂商服务等多个方面考虑。由于各个因素并非独立，安全事故的“随机/概率特性”，如何量化亟待深入的研究。
2 锂离子电池储能消防安全分析
锂电池储能技术得益于其成熟的技术、较低的成本以及广阔的应用前景，在电化学储能领域中占据主导地位。其中，集装箱式锂电池储能系统以锂离子电池为基础，锂离子电池是含能物质，具有发生火灾或爆炸的危险本质，特别是在密闭空间，一旦某一储能单元发生火灾，将会引起相邻多台储能单元的连锁火灾反应甚至箱体爆炸，火灾荷载大、危险性高且难于扑救。因此，以锂离子电池为基础的储能系统的安全问题越来越受到社会各界关注。
2.1 锂离子电池储能系统技术规范适用性不足
表1 现有的锂离子电池储能系统相关标准
Table 1
| 序号 | 标准号/计划号 | 标准名称 | 技术归口 |
|---|---|---|---|
| 1 | IEC 62619 | 含碱性或其它非酸性电解质的二次电池和电池组—工业用大型二次锂离子电池和电池组安全要求 | IEC/TC21/SC21A |
| 2 | IEC 62620 : 2014 | 含碱性或其他非酸性二次电池和电池组— 工业用大型二次锂离子电池和电池组 | IEC/TC21/SC21A |
| 3 | IEC 61427-1 : 2013 | 可再生能源存储用蓄电池和蓄电池组— 一般要求和试验方法-第1部分: 光伏离网应用 | IEC/TC21 |
| 4 | IEC 61427-2 : 2015 | 可再生能源存储用蓄电池和蓄电池组— 一般要求和试验方法—第2部分: 光伏并网应用 | IEC/TC21 |
| 5 | UL 1973-2013 | 轻型电动轨道（LER）和固定设施用蓄电池的安全标准 | UL |
| 6 | SBA S1101 : 2011 | 工业设备用二次锂电池的安全测试要求 | 日本电池工业协会 |
| 7 | GB 51048-2014 | 电化学储能电站设计规范 | 中国电力企业联合会 |
| 8 | NB/T 42091-2016 | 电化学储能电站用锂离子电池技术规范 | SAC/TC550 |
| 9 | GB/T 36276-2018 | 电力储能用锂离子电池 | SAC/TC550 |
| 10 | T/CEC 176-2018 | 大型电化学储能电站电池监控数据管理规范 | SAC/TC550 |
其中，IEC 62619和IEC 62620系列标准针对锂离子电池及系统，主要应用于固定式和活动式的工业设备，对电芯、电池模块及电池管理系统的安全和性能方面的测试内容提出了详细的要求[28]，这些要求是以SBA S1101标准为基础建立的。光伏储能系统的所有类型二次电池和电池系统均包含在国际电工委员会制定的IEC 61427规范的应用范畴。IEC 61427-1和IEC 61427-2 分别侧重于光伏离网及并网的应用，对通用性能、耐久性及安全性测试进行了评估。适用于光伏、风能、通信基站等所有类型储能电池的UL 1973系列规范，主要针对储能系统的结构、电气、机械及环境测试项目做出了详细的规定[29]。SBA S1101标准针对工业设备用二次锂电池的安全测试（如外短路、撞击、热滥用、过充电、强制放电、过热保护、过充电压和电流保护等）要求等进行了描述。GB 51048-2014和NB/T 42091-2016系列规范给出了关于电化学储能电站的设计标准。其中，针对功率规模为500 kW且容量为500 kW·h及以上的电化学储能电站新建、改建、扩建的具体要求是全国电力储能标准化技术委员会（SAC/TC550）制定的GB 51048-2014标准。而NB/T 42091-2016标准对电化学储能电站锂离子电池管理系统的使用条件、功能要求、检验和实验项目进行了全面的评估[30]。电力储能用锂离子电池的GB/T 36276-2018标准由全国电力储能标准化技术委员会（SAC/TC550）提出并归口，本标准对电力储能用锂离子电池的规格、技术要求（包括一般要求、电池单体性能、电池模块性能、电池簇性能）、实验方法和检验规则等内容进行了阐述。T/CEC 176-2018给出了关于大中型电化学储能电站电池监控数据的采集、存储以及统计分析项目的具体管理规范。日前江苏电网公司牵头编制《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范（试行）》文件，该标准规定了预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防工程设计、建设、运行维护技术要求，专门制定了电池预制舱防火设计标准、预制舱防爆要求、预制舱的环境管控标准、消防设施技术要求。适用于户外无人值班的系统容量10MWh及以上的电网侧预制舱式磷酸铁锂电池储能电站。
针对锂离子电池储能系统，从安全保障体系的角度，还需开展顶层设计规划，加大锂离子电池安全性技术研究力度。梳理各环节、各层级对系统安全性的影响和相互之间的关系，编制安全保障必需的基础技术规范；通过大量的仿真和实验，全面掌握锂离子电池电力储能安全性能的评价标准、防护技术效果，以及可能对周边建筑等环境的影响，并推动与建筑、消防等相关行业标准对接和完善，建立与电力储能应用相适应的标准体系。为装置研发、市场推广和运行维护管理提供明确指导，降低不确定性带来的法律风险、市场风险和成本风险。
2.2 缺乏针对性的消防灭火剂
锂电池火灾与普通火灾具有较大的区别，锂电池是一种含能物质，具有燃烧激烈、热蔓延迅速；毒性强、烟尘大、危险性大；易复燃、扑救难度大等特征。然而，现有的灭火剂如干粉灭火剂对锂电池灭火几乎没有效果[31,32]；卤代烷1301、CO2、七氟丙烷只能扑灭明火，无法从根本上抑制火灾发生，往往稍后会出现复燃，不具备降温和灭火的双重功能，对锂电池的火灾不具有适用性[33,34,35,36]；水喷淋系统技术比较成熟，降温灭火效果明显，成本低廉且环境友好，但以水作为灭火介质的弊端也很明显，耗水量大，扑救时间长，扑灭火灾后将导致储能电站内的电池短路损坏而无法正常使用[34,37]。根据文献调研，表2针对气、液、固三种不同类型灭火剂的灭火原理以及对锂离子电池火灾的适用性进行了分析比较。
表2 不同类型灭火剂的灭火原理及优缺点
Table2
| 灭火剂种类 | 常用灭火剂名称 | 灭火机理 | 优缺点 | 实验论证 | 参考文献 |
|---|---|---|---|---|---|
| 气体灭火剂 | 卤代烷1301、哈龙1211 | 销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基 | 降温效果有限，无法抑制锂离子电池的复燃。对臭氧层破坏，已在我国全面禁止使用。 | 美国联邦航天局( FAA) | [33,35,37] |
| CO2、 IG-541、IG-100 | 稀释燃烧区外的空气，窒息灭火 | 灭火效果较差，出现复燃，对金属设备具冷激效应（即对高热设备元件具破坏性），同时对火灾场景密封环境要求高，不环保 | 公安部天津消防所、中国船级社武汉规范研究所 | [32,33] | |
洁净气体灭火剂如: HFC-227ea / FM-200 (七氟丙烷)、HFC-236fa(六氟丙烷)、 Novec1230、ZF2088 | 分子汽化迅速冷却火焰温度，窒息并化学抑制 | 无冷刺激效应，不造成被保护设备的二次损坏。燃烧初期有大量氟化氢等毒性气体生产，需要考虑灭火剂浓度设置。 | 中国科学技术大学火灾国家实验室 | [31,35] | |
| 水基灭火剂 | 水、AF-31、AF-32、A-B-D灭火剂 | 瞬间蒸发火场大量热量，表面形成水膜，隔氧降温，双重作用 | 降温灭火效果明显，成本低廉且环境友好，但耗水量大，扑救时间长。喷雾强度为2.0L/(min·m2),安装高度为2.4m条件下，细水雾灭火系统无效。 | 美国联邦航天局（FAA）公安部天津消防所、德国机动车监督协会( DEKRE)、英国民航局(CAA) | [32,34] |
| 水成膜泡沫灭火剂 | 特定发泡剂与稳定剂，强化窒息作用 | 3%水成膜泡沫灭火剂无法解决电池复燃问题 | 公安部天津消防所 | ||
| 干粉灭火剂 | 超细干粉(磷酸铵盐、氯化钠、硫酸铵) | 化学抑制或隔离窒息灭火 | 微颗粒、严重残留物、湿度大、对设备具腐蚀性。干粉灭火剂对锂电池火灾几乎没有效果。 | 公安部天津消防所、中国船级社武汉规范研究所 | [32] |
| 气溶胶灭火剂 | 固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系(混合金属盐、二氧化碳、氮气) | 氧化还原反应大量产生烟雾窒息 | 亚纳米微颗粒(霾)，金属盐、具残留物、对设备具腐蚀性及产高热性损坏,伴有大量烟气，污染周围环境。与水基灭火剂结合使用可有效提高锂电池火灾扑救效率，减少耗水量。 | 德国机动车监督协会(DEKRE) | [32,37] |
总体而言，在锂离子电池储能系统的火灾扑救方面，固体灭火剂几乎没有效果；气体灭火剂的灭火效率较差，降温效果有限；水基灭火剂除环保、成本低廉外，降温灭火效果明显。
因此，针对锂电池，特别是大型储能锂电池系统的火灾隐患进行灭火防护，设计开发新型高效、防复燃灭火剂及灭火剂释放系统和装置，有利于锂离子电池储能系统的大规模商业化应用。
2.3 消防装备集成化度低、兼容性差
预制舱式储能系统是一种一体化安全管控系统[40]，通常由电池预制舱、储能变流器预制舱、SVG预制舱与开关柜预制舱组成，具有集成化度高、占地面积小、运输安装便利等优点。预制舱储能系统的设计，需要考虑多方面因素：（1）智能预警，包括监控电池状态，并采用人工智能算法进行评估，在使用过程中用算法进行优化，接收预警信号后迅速采用物理降温方式，避免热失控；（2）消防与防护，包括可采用气液复合方式降温且抑制复燃，设计消防管道深入到每个模组，既可加强热管理，又可以达到冷却效果。加强整个电池储能内部安全保护防控，同时预制舱外部采用复合材料包覆，减少相互影响；（3）老化防护，包括热场下电气系统、管道系统、消防系统的老化，进行集装箱热仿真分析，计算不同区域热量分布，优选系统组件材料的材质，提高系统整体的寿命与可靠性。
2.4 缺乏成果的工程化运行示范及试剂工况验证
我国部分研究机构近年来开展了一系列基于锂电池火灾灭火技术基础性课题的探究，但是装置级试验和功能验证较少，理论分析、设计方案和防护效果的相互验证缺乏。灭火剂、装置等消防关键组件的测试模型不完备，影响实验数据的有效性。国家电网有限公司2019年总部科技项目开展《集装箱式锂离子电池储能系统消防灭火装置研制及工程化技术》的研究。该项目通过了解锂离子电池火灾的特点，结合现有的消防技术对于锂离子电池火灾效果的分析，明确集装箱式锂离子电池储能系统的消防灭火需求，从而完成集装箱式锂离子电池储能系统消防灭火装置的设计，并在过程中完成关于灭火装置的关键技术开发、研制、工程化应用及后期的升级方向的确定。
因此，针对以上问题，亟需开展锂离子电池储能系统消防灭火装置功能验证和工程化应用，明确锂离子电池储能系统消防灭火装置的优化方向，保障锂电池储能系统的安全稳定运行，实现能源的高效利用及节能减排。
3 锂离子电池储能消防系统技术需求分析
3.1 建立科学合理的消防测试模型及技术规范
图6
图6
锂电池火灾与常规电气火灾的区别
Fig. 6
The difference between battery fire and electrical fire
3.2 设计开发新型灭火剂
针对现有消防灭火剂（如七氟丙烷、惰性气体、干粉、气溶胶和水喷淋灭火剂）对锂电池火灾的适用性具有很大不确定性的技术难题，研发新型消防灭火剂具有紧迫性。通过灭火材料分子筛选，确定适用性强的锂电池火灾灭火剂候选材料体系；结合锂电池热失控及热蔓延规律，设计靶向性的核壳结构灭火剂，实现精准降温；通过调控壁材温度响应参数和芯材施放参数，实现针对性阻燃灭火、高效降温功能的灭火剂制备；通过对锂电池灭火剂的药品剂量、喷射方式、喷射压力、喷射时间、单位灭火剂保护面积、灭火浓度、灭火效率等功能参数进行优化，实现新型高效通用型灭火剂的设计，同时降低成本。锂电池火灾灭火剂特点如图7所示。
图7
此外，新型灭火剂的环保性能非常重要，是其能否被推广使用的另一项关键指标。需要考虑灭火剂施放后是否产生有毒有害产物造成污染、是否对电气系统造成腐蚀或降低绝缘性。因此，针对新型灭火剂的环保性能，需开展相关的生物毒性实验、臭氧消耗实验、温室效应实验、腐蚀实验等一系列环保实验，保证灭火剂的使用不会引发安全性副作用[42]。
3.3 集成化消防系统研究
锂电池消防系统不是彼此独立的单元，而是一个高度集成化的整体，各个组件间的集成对于整体系统功能的实现有着至关重要的影响[43]。因此，消防系统各个部件需要同一个厂家进行集成研究，组成一个整体协同操作，使其相互无缝配合运行，发挥最佳整体效应，是提升消防系统系统灵活性和安全性的重要手段。我国研制的无人驾驶智能遥控消防直升机具有良好灭火性能，行动快捷灵敏的新型消防灭火机器人（如六轮、履带式、履带轮式消防灭火机器人）的开发推动了航空工业的迅速发展[44]。无人机在消防部队的应用中要实现很多扩展功能，必须拥有良好的集成和兼容性。因此，在满载重量方面，考虑日常训练及使用配备的机动要求，无人侦查机需可便携或车载到达现场附近，单兵进入现场机动部署，紧急情况下拓展携带器材，因此要求整套系统携带重量不超过50公斤；此外，除了实现视频传输，如果要实现其他辅助功能的集成和传输（如语音、测距、测温等），必然要求无人机拥有良好的集成和兼容性。未来，随着物联网、5G技术的推广，新型储能模式与消防方案增多，消防系统也将逐渐趋向集成化、智能化（如图8）。
图8
图8
未来5G、物联网条件下的智慧消防
Fig. 8
Smart fire protection under 5G and IoT conditions in the future
4 展望
综上所述，新型消防技术及装备的研发，不仅为加强社会消防安全管理提供了保障，而且拓展锂电池储能系统在电力储能领域中的大规模及产业化应用，推动未来智能电网的迅速发展，对促进新能源转型发挥着不可或缺的作用。
4.1 开发高安全新型储能模式
近年来，新型储能模式发展迅速，锂离子电池、钠硫电池和液流电池等电化学储能研发和应用加速，压缩空气储能、飞轮储能、超导储能和超级电容等物理储能，以及储热、储冷和储氢技术也都取得了一定进展[45]。其中高安全型储能模式将备受关注，包括液态金属储能、固态电池储能、水系储能等技术。
全钒液流电池储能技术[46]是产业化应用最多的液流电池储能技术，它拥有众多优势，比如运行安全可靠、可循环利用、生命周期内环境负荷小、环境友好，生命周期的性价比高（充放电循环次数在15000次以上，使用年数在15~20年），具有较强的过载能力和深度放电能力。
固态电池[47]具有本征安全的特点，是提高电力储能安全的重要方向之一。研究储能型固态电池的基础科学问题和关键技术，开发固态电池关键材料体系、界面构筑及其特性、失效机制与评价方法，开展电芯设计、工程化制备技术及储能系统构建示范等方面的研究工作，可为固态电池储能应用提供技术支撑。由于全固体电池技术难度大，进展缓慢，距离大规模的工程化应用还有一定的距离，但是具有本征安全的固态/半固态电池，特别是低成本的铁锂固态电池预计会首先得到大规模推广和应用。
基于离子嵌入反应的水系二次电池[48]具有环境友好、高安全、高功率、低成本等优点，在储能领域中有重要应用前景。但其工作电压大多小于1.2V，导致能量密度偏低，而且多数水系电池的循环性能较差。开发具有普适性的高比容量电极材料、开发高氧化还原活性水系电解液，是实现高比能量、高比功率和高安全一体化水系储能的重要方向。
4.2 锂离子储能电气系统火灾诱因亟需重视
锂电池储能系统火灾危险性主要分为锂电池火灾危险性和电气系统火灾危险性两类。其中，锂离子储能电气系统火灾诱因亟需重视[49]。电气设备高度集成化及较多数量的通信线路是造成电气系统高电压、大电流（雷电、浪涌）侵入的主要原因，会损坏烧坏储能元件，导致电气系统火灾的发生。因此，电气消防灭火技术对提高锂电池储能系统安全性能具有重要意义。在电气线路、通信线路处需设置防雷、防浪涌装备及相应的避雷器。防火目标物的电气设备的占地面积在100m2以下，装设小型灭火器、干砂器；面积超过200m2时，选用气体灭火剂（七氟丙烷、三氟甲烷、IG-541或二氧化碳）对电气火灾进行消防扑救[50,51]。针对系统中存在超温失控的元件、部位，配置温度探测报警系统，及时监测温度变化，发现异常立即发出报警响应，通过操控使该位置的设备处于退出工作状态，避免严重故障甚至锂电池储能系统安全隐患。
4.3 智慧消防与5G技术将会极大提升储能安全性
4.4 现有工程化示范将有利于消防安全技术的验证和成熟
针对锂离子电池储能系统的消防安全需求，亟需开展锂电池储能系统消防灭火装置功能验证和工程化实际应用，通过对填充料成分、灭火方式及使用条件的优化；消防灭火装置结构布局及控制策略进行优化；装置关键组件性能优化、技术经济性优化，为下一步开发更加高效、可靠的锂离子电池储能系统消防灭火装置指明方向[57]，提高锂电池储能系统的安全性能。社会经济效益前景显著，具有重要的理论实践及现实意义。
5 总结
电化学储能系统在我国能源消费结构调整和可再生能源比例提升方面具有重要意义，针对现有电化学储能系统最紧迫的火灾及消防安全领域的关键技术进行攻关和研究非常必要。概括来说，通过锂离子电池火灾的特点及其发生和演化机理，验证现有的消防灭火技术对锂离子电池火灾的灭火效果与不足，基于典型预制仓式锂离子电池储能系统的消防灭火需求，建立科学合理的消防测试模型及技术规范，设计开发新型针对性的灭火剂，集成化、标准化锂离子电池储能消防系统，结合智慧消防与5G技术研制出针对锂离子电池储能系统消防安全防护技术规范与标准，解决目前大型锂离子电池储能系统因安全引发的一系列问题，提升现阶段电网储能的安全性和可靠性，为实现锂离子电池储能系统大规模的工程化与商业化应用提供必要的技术保障。
参考文献
Long-Duration Electricity Storage Applications, Economics, and Technologies
[J].
规模化储能技术在电力系统中的需求与应用分析
[J].
An Analysis of Requirements and Applications of Grid-Scale Energy Storage Technology in Power System
[J].
Transmission Grid Connection of Energy Storage Facilities - Overview and Challenges
[J].
“互联网+智慧能源”的技术特征与发展路径
[J].
Technical features and development path of "internet + smart energy"
[J].
Lithium-ion batteries: outlook on present, future, and hybridized technologies
[J].
A Multi-Grid Evacuation Model Considering the Threat of Fire to Human Life and its Application to Building Fire Risk Assessment
[J].
Theoretical analysis of lithium-ion battery failure characteristics under different states of charge
[J].
Thermal runaway features of large format prismatic lithium ion battery using extended volume accelerating rate calorimetry
[J].
A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies
[J].
TG-MS analysis of solid electrolyte interphase (SEI) on graphite negative-electrode in lithium-ion batteries
[J].
Characterization of penetration induced thermal runaway propagation process within a large format lithium ion battery module
[J].
Failure mechanism of the lithium ion battery during nail penetration
[J].
Thermal behaviour of the lithiated-graphite/electrolyte interface through GC/MS analysis
[J].
MW级集装箱式电池储能系统研究
[J].
Research on MW level containerized battery energy storage system
[J].
集装箱储能系统散热及抗震性研究
[J].
Cooling and aseismicity study of the containerized energy storage systems
[J].
集装箱式储能系统用梯次利用锂电池组的一致性管理研究
[J].
Research on Consistency Management of Echelon Use of Li-ion Battery Pack for Container-type Energy Storage System
[J].
高适用性集装箱储能系统技术研究
[J].
Study on Container Energy Storage System with High Applicability
[J].
Control of Energy Storage System Integrating Electrochemical Batteries and Supercapacitors for Grid-Connected Applications
[J].
Li-Ion Battery Fire Hazards and Safety Strategies
[J].
Investigation on thermal and fire propagation behaviors of multiple lithium-ion batteries within the package
[J].
System Planning of Grid-Connected Electric Vehicle Charging Stations and Key Technologies: A Review
[J].
Fast Frequency Response From Energy Storage Systems-A Review of Grid Standards, Projects and Technical Issues
[J].
UL1973 STANDARD FOR SAFETY ANSI/CAN/UL-1973: Batteries forUse in Stationary, Vehicle Auxiliary Power and Light Electric Rail(LER) Applications[S]. 2018
.
The Efficiency of Heptafluoropropane Fire Extinguishing Agent on Suppressing the Lithium Titanate Battery Fire
[J].
多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究
[J].
Experimental study on fire extinguishing of large-capacity lithium-ion batteries by various fire extinguishing agents
[J].
储能用磷酸铁锂(LFP)电池消防技术研究进展
[J].
Research progress on fire protection technology of LFP lithium-ion battery used in energy storage power station
[J].
Investigation of the Fire-Extinguishing Performance of Water Mist with Various Additives on Typical Pool Fires
[J].
哈龙替代灭火剂抑制空运锂离子电池试验研究
[J].
Inhibition of thermal runaway by Halon replacement fire extinguishing agent on airborne Lithium ion battery
[J].
Fire Fighting of Li-Ion Traction Batteries
[J].
抑制锂电池火灾灭火剂技术研究进展
[J].
A Review of Extinguishing Agent Fighting Li-Ion Battery Fires Process
[J].
Analysis of the Impact of Selected Parameters of the Hybrid Extinguishing System on the Fire Environment in a Closed Room
[J].
机动车载消防救援装备系统研发
[J].
Research and development of "Blue Shark" vehicle fire rescue equipment system
[J].
预制舱式变电站设计及应用探索
[J].
Design and Application of Prefabricated Substation
[J].
哈龙1301、FM-200、NOVEC1230灭火剂特性及其毒性对比分析
[J].
Comparison Analysis of Property and Decomposition Toxicity of Halon1301, FM-200 and NOVEC1230
[J].
建筑物电气火灾一体化智慧消防系统设计
[J].
Design of smart fire fighting system for building electrical fire
[J].
消防灭火机器人设计及应用
[J].
Design and application of fire fighting robot
[J].
A review on rapid responsive energy storage technologies for frequency regulation in modern power systems
[J].
A review of all-vanadium redox flow battery durability: Degradation mechanisms and mitigation strategies
[J].
Utmost limits of various solid electrolytes in all-solid-state lithium batteries: A critical review
[J].
Recent Progress of Rechargeable Batteries Using Mild Aqueous Electrolytes
[J].
Study on Analysis of Fire Factor and Development Direction of Standard/safety Requirement to Keep Safety for Energy Storage System (ESS)
[J].
电池储能电站消防灭火措施探讨
[J].
Discuss on Battery Energy Storage Power Station Fire Fighting Measures
[J].
锂电池储能系统火灾危险性及防范措施
[J].
Fire Risk and Preventive Measures of Li Battery Energy Storage Station
[J].
An intelligent fire detection approach through cameras based on computer vision methods
[J].
Thermal Energy Storage for Grid Applications: Current Status and Emerging Trends
[J].
