淺談儲能系統安全性

儲能系統安全性一直是眾人所關注的議題，在發生事故時，除了火災和爆炸本身所產生的危害之外，同時也可能釋放出有毒化學物質產生化學危害，甚至相關人員在維修或搶救儲能系統時，也可能產生電氣危害或身體危害等。
 

儲能失火原因

造成儲能系統失火的原因有很多種，大至氣候因素，小至人員操作不當、整合過程失誤及電池管理系統故障等問題，而最常被探討的則是電池老化與熱失控，熱失控是指電能的過度釋放導致溫度上升，進而形成短路電流，其原因通常分為四大類，第一，電池本身過度充放電；第二，外部環境過於高溫；第三，因材料穿透、擠壓和彎曲所造成的機械變形；最後則是內部短路(ISC)。

火災發生時，會因不同的起火原因及滅火方式將其歸納為A、B、C、D四類，A類火災為普通火災，可以直接用水撲滅或降溫；B類火災為油類或氣體火災，需用掩蓋法將氧氣隔絕； C類火災為電器火災，通常是通電中的電氣設備，需先切斷電源，並且使用不導電的藥劑阻止火勢蔓延；D類火災為金屬火災，這裡的金屬指的是活性金屬，需要特殊型號的滅火器才能有效控制。一般來說儲能火災常被歸類於C類火災，但其實它同時包含電池外殼及電池電極的燃燒(A類)以及易燃性液態電解質的燃燒(B類)，因此，實屬於複合式類型火災，同時我們也能透過燃料、氧化劑以及引燃火源的熱量可以評估火災的潛在風險。
 

儲能滅火

儲能系統發生熱失控時會產生易燃氣體，若是累積到一定程度又與空氣接觸，便有一定機率會產生化學反應導致燃燒更快速甚至是爆炸，尤其鋰離子電池發生熱失控反應時，容易產生復燃現象，水源無法有效滅火僅作為降溫效用，只能等化學反應完全結束火勢才能被撲滅，消防員在滅火時可藉由熱顯像儀觀察火勢，確保溫度控制在一定範圍，且儲能系統起火時可能仍會有餘電存在，儘管系統已斷電，搶救時仍須避免觸電情況發生。
 

案例

2019年4月，美國亞利桑那州的McMicken 電池儲能電廠發生儲能電站事故，該儲能電站於2017年開始運行，其電池由LG Chem 提供，而儲能安裝商為Fluence Energy ，經DNV-GL單位調查後顯示，起火原因為「鋰晶枝」而導致系統中其中一個鋰電池芯產生熱失控，雖然當時的安全系統NOVEC1230潔淨滅火藥劑有順利被啟動，卻無法阻止熱失控蔓延至其他電池，同時又產生大量易燃氣體聚集而引發爆炸，然而當時的緊急應變計畫並未提供消防員及時處理方式，因此無法立即阻止火勢蔓延，對此，美國Underwriters Laboratory(UL)所屬之消防員安全研究所(Firefighter Safety Research Institute, FSRI)建議將「固定式儲能系統安裝標準」( Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems, NFPA 855)之內容放入消防教育訓練，以免再次引發悲劇。
 

結論

要減少儲能事故的發生，除了要制訂完善的安全規範之外，訓練相關人員的即時判斷力及防護知識也是必然，最重要的還是期望儲能的技術越來越成熟，下圖為2019年到2021年全球儲能意外事故統計圖，近年來事故的發生次數與頻率已經大幅下降，除了因為電池本身技術不斷提升之外，各家儲能廠商也相繼推出不同專利技術的相關安全消防措施，希望藉此提升儲能系統安全係數，此外，在選購儲能系統時也建議優先挑選具備國際安全標章之設備，將系統安全放於優先順位。

* InfoLink於2022年1月推出的全球光伏+儲能市場分析報告，協助企業洞察儲能系統結合光伏產業的應用與機會。欲瞭解更多，立即聯繫我們 [email protected]