一、電化學(xué)儲(chǔ)能的安全性隱患帶來(lái)儲(chǔ)能消防行業(yè)的出現(xiàn)與發(fā)展

儲(chǔ)能是指通過(guò)介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再釋放的過(guò)程。目前市場(chǎng)上主流的儲(chǔ)能方式包括物理儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能。雖然目前從占比來(lái)看，我國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)中物理儲(chǔ)能占據(jù)絕大部分比重，但由于其對(duì)環(huán)境、地理地質(zhì)條件的較高要求，極大地制約了相關(guān)技術(shù)的推廣與應(yīng)用；而反觀電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其單位成本不斷下降，而能量密度高、易于商業(yè)推廣等優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)著我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)的快速發(fā)展。因此，對(duì)于我國(guó)未來(lái)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展而言，將更多依靠電化學(xué)儲(chǔ)能帶來(lái)的新興增長(zhǎng)。

但在電化學(xué)儲(chǔ)能快速發(fā)展的同時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能所暴露出來(lái)的安全性缺點(diǎn)需要引起重視。由于電化學(xué)儲(chǔ)能屬于能量高度密集的化學(xué)集成設(shè)備，若出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、熱失控和內(nèi)部短路等電池濫用情況，易導(dǎo)致電池內(nèi)部熱量積聚，一旦超過(guò)臨界點(diǎn)即會(huì)產(chǎn)生熱失控。并且熱失控傳播迅速，會(huì)在電池模塊、電池柜、乃至儲(chǔ)能電池艙間傳播，電池燃燒時(shí)釋放的可燃?xì)怏w將進(jìn)一步延長(zhǎng)燃燒時(shí)間，增加撲滅難度，甚至造成爆炸，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人員損傷。

電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景

資料來(lái)源：中國(guó)儲(chǔ)能消防行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析與投資前景調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）

為防止或減輕電化學(xué)儲(chǔ)能的安全性隱患帶來(lái)的損失，儲(chǔ)能消防領(lǐng)域逐漸成為儲(chǔ)能電站建設(shè)的關(guān)注重點(diǎn)，而目前鋰電池儲(chǔ)能作為電化學(xué)儲(chǔ)能的主流技術(shù)，則是儲(chǔ)能消防的重中之重?，F(xiàn)階段，我國(guó)儲(chǔ)能電站的安全的三道防線可以分為：鋰離子電池本體材料安全性、儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)預(yù)防以及火災(zāi)快速反應(yīng)機(jī)制。儲(chǔ)能消防主要針對(duì)第二道與第三道防線。

電化學(xué)儲(chǔ)能電站的三道安全防線

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二、儲(chǔ)能消防事故推動(dòng)政策重視，儲(chǔ)能電站帶動(dòng)消防需求不斷增長(zhǎng)

（一）儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故多發(fā)，生命財(cái)產(chǎn)損失巨大

1、鋰電池儲(chǔ)能的熱失控成為儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故主要原因

鋰電池（三元、磷酸鐵鋰）熱失控主要由電濫用、熱濫用和機(jī)械濫用引起。電濫用包括過(guò)沖、過(guò)放、強(qiáng)制放電、高放電倍率；熱濫用包括外部加熱、過(guò)熱；機(jī)械濫用包括穿透、碰撞、拋下、震動(dòng)、浸沒(méi)，外部濫用是導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐闹苯釉颉?/p>

鋰電池?zé)崾Э剡^(guò)程：在各種濫用作用下電池內(nèi)部溫度升高出現(xiàn)SEI膜分解（～80°）→陽(yáng)極與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)（～100°）→電解質(zhì)分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w（～110°）→電池內(nèi)部壓力增加（～120°）→隔膜融毀（～135°）→陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（～200°）；鋰電池外部表現(xiàn)為氣體逸出→安全閥破裂→著火→爆炸。整個(gè)過(guò)程發(fā)生一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，溫度不斷升高，放熱速率越來(lái)越快，內(nèi)部發(fā)生大規(guī)模短路，熱量快速集聚觸發(fā)熱失控。

單個(gè)電池發(fā)生熱失控后容易導(dǎo)致多米諾骨牌效應(yīng)。單個(gè)鋰電池著火后，在熱濫用的作用下電池模組內(nèi)部相鄰電池也相繼發(fā)生熱失控，整個(gè)電池模組和電池簇會(huì)被點(diǎn)燃，最終導(dǎo)致儲(chǔ)能電站出現(xiàn)火災(zāi)甚至爆炸。

單個(gè)電池熱失控引發(fā)多米諾骨牌效應(yīng)

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2、近年來(lái)全球儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故多發(fā)帶來(lái)巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失

2017年至今全球至少發(fā)生39起儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年至今全球儲(chǔ)能電站項(xiàng)目至少發(fā)生了39起火災(zāi)事故，其中，韓國(guó)34起、中國(guó)2起、比利時(shí)/美國(guó)/澳大利亞各1起。

火災(zāi)事故至少造成12人傷亡，損失數(shù)億元。2019年美國(guó)亞利桑那州(APS)儲(chǔ)能項(xiàng)目造成8位消防員受傷，2021年北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充項(xiàng)目造成2位消防員犧牲，1位值班員工遇難，1位消防員受傷。韓國(guó)34起事故中的前32起儲(chǔ)能電站火災(zāi)共造成466億韓元（約合人民幣2.49億元）財(cái)產(chǎn)損失。

2017-2022全球部分儲(chǔ)能電站火災(zāi)情況

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（二）儲(chǔ)能電站消防安全標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)

 根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)儲(chǔ)能消防行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析與投資前景調(diào)研報(bào)告（2023-2030年）》顯示，近年來(lái)，隨著我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能的不斷發(fā)展與商業(yè)應(yīng)用，政府與行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)于我國(guó)儲(chǔ)能電站消防安全的重視程度不斷提高，相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，政策體系要求不斷趨嚴(yán)。

在安全標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，2021年底《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》征求意見(jiàn)完成，相對(duì)于2014年《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》在消防安全方面規(guī)定更加嚴(yán)格：

（1）新增要求儲(chǔ)能電站要實(shí)現(xiàn)PACK級(jí)別探測(cè)：規(guī)范規(guī)定儲(chǔ)能電站每個(gè)電池模塊宜單獨(dú)配置探測(cè)器。

（2）新增要求儲(chǔ)能電站要安裝需具備火災(zāi)識(shí)別功能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并與火災(zāi)報(bào)警報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

（3）新增對(duì)火災(zāi)滅火劑性能提出要求：規(guī)范要求儲(chǔ)能電站滅火要以電池模組為單位，滅火介質(zhì)具有良好的絕緣性和降溫性能，能撲滅電池火災(zāi)和電氣設(shè)備火災(zāi)，且防止復(fù)燃。

新舊電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

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在法律法規(guī)制定方面，2021年12月30日國(guó)家將電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)施消防安全納入《“十四五”國(guó)家應(yīng)急體系規(guī)劃》，作為安全生產(chǎn)攻堅(jiān)重點(diǎn)。

2022年2月10日國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，相較于2021年7月發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，新政策細(xì)化了儲(chǔ)能安全標(biāo)準(zhǔn)體系的具體覆蓋內(nèi)容，如加快制定消防滅火標(biāo)準(zhǔn)，明確了儲(chǔ)能安全技術(shù)突破方向，如突破電化學(xué)系統(tǒng)安全預(yù)警、高效滅火技術(shù)等等，為儲(chǔ)能大規(guī)模裝機(jī)及穩(wěn)定安全運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

我國(guó)儲(chǔ)能安全政策梳理

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（三）電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量不斷增長(zhǎng)是儲(chǔ)能消防行業(yè)發(fā)展的需求來(lái)源

近年來(lái)，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)快速發(fā)展，隨著技術(shù)進(jìn)步以及單位成本的不斷下降，我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)的商業(yè)化程度不斷提升，累計(jì)裝機(jī)量不斷增長(zhǎng)，為我國(guó)儲(chǔ)能消防行業(yè)發(fā)展提供了穩(wěn)定的需求支撐。

截至2021年底，中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)累積裝機(jī)功率規(guī)模為5.43GW，同比增長(zhǎng)66.06%，新增電化學(xué)儲(chǔ)能累積裝機(jī)功率規(guī)模達(dá)到2.16GW，首次突破2GW。

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三、儲(chǔ)能消防產(chǎn)品不斷升級(jí)，消防企業(yè)紛紛進(jìn)場(chǎng)布局

（一）產(chǎn)品端：火災(zāi)發(fā)生前以熱失控系統(tǒng)為重，火災(zāi)發(fā)生時(shí)追求滅火響應(yīng)時(shí)間

1、熱失控預(yù)警：儲(chǔ)能電站消防安全的前置防線

熱失控預(yù)警是儲(chǔ)能電站安全的前置防線。主要針對(duì)前文所述儲(chǔ)能電站三道安全防線中的第二道防線—儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)預(yù)防,預(yù)防的重點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)過(guò)程安全，通過(guò)監(jiān)控鋰電池運(yùn)行過(guò)程中的安全狀態(tài)，在鋰電池發(fā)生異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，爭(zhēng)取將火災(zāi)遏制在發(fā)生之前或者發(fā)生初期。具體來(lái)講，熱失控預(yù)警作用即是在火災(zāi)前通過(guò)與BMS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)在發(fā)生熱失控時(shí)切斷電源，如果模組內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)會(huì)觸發(fā)滅火系統(tǒng)并進(jìn)行pack級(jí)別滅火，阻止火災(zāi)進(jìn)一步蔓延。相較于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，熱失控預(yù)警針對(duì)的是火災(zāi)發(fā)生前，對(duì)鋰電池內(nèi)部化學(xué)物理參數(shù)進(jìn)行探測(cè)，判斷熱失控是否發(fā)生，一旦發(fā)生就可以立即采取措施，相較于火災(zāi)報(bào)警，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是阻止火災(zāi)進(jìn)一步蔓延的重要措施。

目前，熱失控探測(cè)需要借助傳感器，將探測(cè)到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)進(jìn)行傳輸，傳感器屬于火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的前端觸發(fā)設(shè)備，是集成了物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)的高附加值產(chǎn)品，在技術(shù)含量和生產(chǎn)工藝方面均存在較高的技術(shù)壁壘。

2、滅火技術(shù)：儲(chǔ)能電站火災(zāi)消防的快速反應(yīng)機(jī)制

滅火技術(shù)主要針對(duì)的是儲(chǔ)能電站消防安全三道方向中的最后一道防線，即火災(zāi)快速反應(yīng)機(jī)制，是在火災(zāi)發(fā)生后阻隔其蔓延，并進(jìn)行滅火、防復(fù)燃的關(guān)鍵所在。而對(duì)于滅火技術(shù)來(lái)講，現(xiàn)階段消防實(shí)測(cè)中，水降溫效果最好，七氟丙烷滅火響應(yīng)時(shí)間最短，水、全氟已酮、七氟丙烷等介質(zhì)均可以撲滅火災(zāi)并阻止復(fù)燃。在實(shí)驗(yàn)中，5種滅火劑明火消失時(shí)間均小于2秒，只有CO2滅火劑出現(xiàn)了復(fù)燃情況，在降溫方面，水的降溫效果最好，電池表面溫度上升率最低。

采用高壓細(xì)水霧滅火，壓強(qiáng)越大，溫度下降的速度越快，滅火時(shí)間越短。在高壓細(xì)水霧對(duì)電池模組滅火的實(shí)驗(yàn)中，無(wú)滅火措施的情況下，火災(zāi)繼續(xù)擴(kuò)大，溫度不斷上升，在A處出現(xiàn)明火60秒后釋放不同壓強(qiáng)細(xì)水霧，火災(zāi)溫度立馬下降，在2Mpa和6Mpa壓強(qiáng)下持續(xù)噴10分鐘以上可以有效撲滅鋰電池火災(zāi)并阻止復(fù)燃。

不同滅火劑的滅火效果

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（二）企業(yè)端：青鳥(niǎo)消防一枝獨(dú)秀，國(guó)安達(dá)開(kāi)始追趕

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)消防企業(yè)中，對(duì)于儲(chǔ)能消防進(jìn)行布局的代表企業(yè)為青鳥(niǎo)消防股份有限公司與國(guó)安達(dá)股份有限公司。

1、青鳥(niǎo)消防股份有限公司

青鳥(niǎo)消防作為消防報(bào)警行業(yè)龍頭，目前正致力于在儲(chǔ)能消防整體解決方案領(lǐng)域成為龍頭企業(yè)。2021年青鳥(niǎo)消防已中標(biāo)美國(guó)Broad Reach Power獨(dú)立發(fā)電商項(xiàng)目、多規(guī)格儲(chǔ)能集裝箱氣體滅火系統(tǒng)項(xiàng)目等。

在儲(chǔ)能消防領(lǐng)域，青鳥(niǎo)消防目前對(duì)于儲(chǔ)能電池模組的解決方案的核心思路在于針對(duì)電池模組進(jìn)行精準(zhǔn)消防探測(cè)、聚焦式滅火：在精準(zhǔn)探測(cè)方面，發(fā)揮“朱鹮”芯片、感溫/感煙/氣體探測(cè)三位一體的跨界、復(fù)合型能力，打造出小型化的集約型探測(cè)器，前置/內(nèi)置于電池模組內(nèi)，只有這樣才有可能早發(fā)現(xiàn)、早行動(dòng)、早隔離，精準(zhǔn)的探測(cè)到具體的電池模組；在滅火端，采用將氣體滅火與高壓細(xì)水霧等產(chǎn)品相配套的復(fù)合型方案，以防止復(fù)燃。

青鳥(niǎo)消防在儲(chǔ)能消防領(lǐng)域的布局

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2、國(guó)安達(dá)

目前，國(guó)安達(dá)在儲(chǔ)能消防領(lǐng)域的布局暫時(shí)落后于青鳥(niǎo)消防，但仍處于行業(yè)領(lǐng)先位置。目前國(guó)安達(dá)儲(chǔ)能消防產(chǎn)品正在進(jìn)行小批量試點(diǎn)應(yīng)用。在2022年發(fā)展規(guī)劃中，國(guó)安達(dá)將儲(chǔ)能消防業(yè)務(wù)定義為重點(diǎn)布局業(yè)務(wù)，也顯示出國(guó)安達(dá)對(duì)于儲(chǔ)能消防領(lǐng)域的持續(xù)看好。

具體產(chǎn)品層面，國(guó)安達(dá)的鋰電池儲(chǔ)能柜火災(zāi)防控和惰化抑爆系統(tǒng)產(chǎn)品可應(yīng)用于儲(chǔ)能電站等特殊領(lǐng)域的消防安全防護(hù)。其儲(chǔ)能消防產(chǎn)品的主要競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有：使用自主研發(fā)的多組份混合滅火劑，滅火效能更好、環(huán)保性更強(qiáng)、性價(jià)比更高，可持續(xù)抑制、惰化抑爆；滅火產(chǎn)品做到了PACK電芯級(jí)，能夠深入到電芯內(nèi)部探測(cè)鋰電池內(nèi)部化學(xué)成分的變化，由芯片對(duì)各種參數(shù)的變動(dòng)情況進(jìn)行分析計(jì)算，從而判斷是否啟動(dòng)滅火措施，能夠較早期地干預(yù)火災(zāi)的發(fā)生，阻止鋰電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)展及儲(chǔ)能柜爆炸的發(fā)生，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、精準(zhǔn)滅火；同時(shí)，國(guó)安達(dá)憑借近十年鋰電池消防技術(shù)的沉淀，在產(chǎn)品研發(fā)時(shí)就與儲(chǔ)能及鋰電池廠商共同合作，直接與客戶的電池參數(shù)對(duì)接，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品專用性更強(qiáng)，不容易被替代。

國(guó)安達(dá)在儲(chǔ)能消防領(lǐng)域的布局

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