一、项目基本情况
集美大红门25MWh DC光储充一体化电站项目于2018年4月在丰台区发改委备案。该项目的开发商是北京某油气科技公司，位于北京市丰台区南四环永外大红门西马厂14号。一期工程包括1.4MWh屋顶光伏94个车位、单枪150KW大功率DC快速充电桩、25MWh磷酸铁锂电池储能，其中12.5MWh用于外部电动汽车充电(包括南方的4MWh社会车辆和北方的8.5MWh公交车)，12.5MWh用于室内供电。
该项目于2019年3月正式投入运营。是北京市最大的商业用户侧储能电站、最大的社会公共大功率充电站、首个万千瓦光储充电站、首个用户侧新能源DC增量配电网、北京市最大的光储充电示范工程。整体布局见图1。
图1集美大红门25MWh DC光储充一体化电站总体情况
单体电池为3.2V10.5Ah磷酸亚铁锂方壳电芯。720V189Ah电池模块由225S18P串联再并联(225节电池串联，18节电池串并联)级联而成，再由多个模块并联组成电池组。具体现场条件见图2。
图2现场电池状况
图3现场使用的单晶硅光伏板
图4现场使用的新能源汽车充电桩
本项目利用集美家居广场闲置的空屋顶铺设单晶硅光伏板，搭建光伏发电系统，如图3所示。同时配置新能源汽车充电桩(见图4)，将光伏发电、智能充电桩、储能系统相结合，最终形成蓄光充电一体化设施。其中储能系统在蓄电池组旁配有手持消防设备，可用于早期事故的应急处理。
图5室内储能电池组、电池监控和手持灭火装置
光储充一体化工程中储能电站的电气结构与传统集中式储能有很大不同。传统的电动汽车充电站，充电桩输入的是交流电，而新能源汽车的大功率充电使用的是DC，所以需要配备一圈交流-DC转换设备。考虑到蓄电池的级联输出为DC电力，相应的“交流-DC”和“DC-DC”变电站设备被删除。电池直接串联750V，使每个充电桩达到150kW功率，250A电流，750V电压，对应参数对应国标充电桩最高输出标准。这种设计虽然突破了现有设备的尺寸和性能限制，但也对电池组间的均流能力和DC开关柜的分断能力提出了更高的要求。
图6项目总体电气拓扑
图7光储充项目与传统配电网模式对比
二、现场事故情况
2021年4月16日12时17分，北京市119指挥中心接到丰台区南四环永外大红门西马厂14号电站发生火灾报警，调派15个消防站47辆消防车235名官兵赶赴现场处置。
14时15分左右，电站南区处置过程中，电站北区在毫无征兆的情况下突然发生爆炸，造成2名消防员牺牲，1名消防员受伤(病情稳定)，电站1名员工失联。
图8野外航空摄影
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据初步调查，事发前该电站正在建设调试中。
图9现场处理
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4月16日23时40分，明火被完全扑灭，现场仍在降温。北京城区相关部门已组织专门力量做好火区及周边的监控排查工作，确保安全。事故原因和财产损失正在调查中。
三。技术原因分析
据媒体报道，“电站北区无预警突然爆炸”，符合锂离子电池安全事故诱发机制，即在内外激励源作用下，电池超过其安全技术承受能力，电池遭受极端滥用条件，突然发热失控。事故往往是由内部和外部激励的相互作用演变而来的。电池储能安全是一个系统问题，涉及储能电池、电池管理系统、电缆线束、系统电气拓扑、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等诸多方面。究竟是电池本身的安全质量不足以满足电池安全标准滥用条件下的阈值要求，还是外部激励源对电池施加的滥用条件超出了电池行业的技术水平，由于目前掌握的信息有限，无法得出结论。目前仅从不同维度分析了各种可能诱发因素对电池储能安全事故的触发机制。
1储能电池的安全质量
根据现场情况，储能电站锂离子电池燃烧爆炸，浓烟滚滚。锂离子电池燃烧爆炸的根本原因在于电池的热失控。诱发电池热失控的原因有两种:一种是电池内部原因，如电池制造过程中引入的内部缺陷(细小金属屑引起的内部短路)，或电池长期使用过程中由于充放电系统和环境因素导致电池老化，电池内部产生枝晶锂，引发电池内部短路；另一个是电池的外因。电池外部的电和热冲击作用于电池本体时，会引起电池内部不可逆的放热反应。如果在电池储能系统集成过程中没有严格按照相关标准设定储能电池的安全性能阈值要求，电池选型不当将导致电池的基本安全质量无法得到确认和保证，在一般滥用条件下容易发生突然的热失控。目前储能锂离子电池的安全检测依据是2019年1月正式实施的GB/T36276《电能存储用锂离子电池》。与之前的动力电池等行业标准相比，该标准具有增加了对电池本身热失控等安全性能的技术要求的特点。这个电站的储能电池是否按照储能标准进行检测，目前不得而知，如果没有通过门槛安全性能检测，可能存在很大的安全隐患。
2储能系统的电气拓扑
从项目的电气拓扑来看，项目为DC配电网结构，储能电站中的蓄电池组通过DC/DC转换系统与大功率DC充电桩和光伏发电系统共用DC母线。这种拓扑结构与现在储能电站普遍采用的交流配电网拓扑结构有很大不同。这种拓扑主要存在以下安全风险:
(1)如果电池组之间不一致，工作时容易造成循环。如果循环量过大，会造成一个电池组的过充或过放，加重电池的老化或衰退。
(2)如果DC母线上的负载发生短路，短路电流会通过母线传递到蓄电池组，瞬时短路电流会加剧蓄电池内部急剧升温，造成事故。
(3)DC母线绝缘要求高。如果有缺陷，可能会产生电弧火花。由于DC电流不过零，不容易熄灭，高温电弧容易引起电池、电缆等易燃物品的火灾。
(4)DC继电保护系统由于没有过零点，开关内电弧不易熄灭，关断时间较长，DC开关成本较高，关断过程比交流开关复杂。在一些工程中，DC系统采用交流开关，出现过流故障时，开关无法关断，导致持续大电流，存在安全隐患。
(5)DC配电网中的电力电子设备缺乏足够的电气隔离措施。如果DC配电系统中的接地工作处理不当，系统运行时的电磁环流问题很容易造成漏电流，漏电流在电池柜、电缆等处积累的热量可能造成局部高温，导致电池起火，从而造成安全隐患。
(6)从现场情况看，事故首先发生在南区，在处理南区事故时，爆炸发生在北区，且无预警。在这种情况下，有可能南北区域共享DC公共汽车。事故发生在南区时，南区短路，但DC保护系统没有检测到，没有动作，导致北区蓄电池瞬间过放电，电流增大，导致事故发生。
3电池管理系统
电池储能系统除电芯外，还包括BMS、PC、变压器、相关继电保护设备、通信设备等一系列一、二次设备，由于质量缺陷、安装调试过程不规范、设置不合理、绝缘不充分等因素，可能直接或间接造成储能系统的安全问题。2017年3月7日，山西省某热电厂发生锂离子电池储能系统火灾事故。根据山西省消防总队的调查报告，认定储能系统火灾事故的原因是系统恢复和启动过程中浪涌效应产生的过电压和电流未得到BMS的有效保护。从事故现象看，电池管理系统可能存在数据采集周期长、阈值设置不合理的现象，在电池过充、过放或热失控阶段没有预警，没有及时关闭电池。
充放电反应加剧了电池失控的风险。
4电缆和线束现场布局
根据公开资料，本工程电缆通过管桥敷设，接近电池柜的安全距离。如果线路出现短路，线缆会燃烧或爆炸，容易引发连锁反应，导致电池起火或爆炸。
蓄电池模块中的线束也是事故的可能来源。如果所有线束都没有做防火处理，或者收集线束和通信线束区分不清，容易造成线束之间的干扰，导致电池管理系统信息不准确。发生事故时，处理不及时，线束不防火，容易成为易燃源。
5电站的消防设计
一方面，当锂离子电池失控时，会对周围的电池产生强烈的热冲击；另一方面，当电池失控时，会产生大量的烷烃类可燃气体。在外部负载短路引起的外部电击和电池失控后的热冲击下，如果储能系统缺乏有效的保护措施，可能会造成电池事故的扩大。如果储能装置布置在室内，当可燃气体达到一定浓度时，遇明火会发生爆炸，更严重的会发生连锁爆炸事故。
根据媒体描述，该工程有两个变电站，一个主变电站和一个分变电站，并网终端要在低压侧380母联短路后通过电缆。这时，消防救援来了。因为储能电池没有隔离，消防员一进去就会毫无征兆的爆炸(13:30左右是储能和放电的时间)。因此推测该电站消防设计不足，现场消防设计没有防火墙设计，没有隔离和吸能设施，在储能电池发生爆炸的情况下无法起到有效的防护作用。
6.电站监控、预警和灭火系统及消防用水
根据现场情况，北区突然发生爆炸。根据这一现象，推测可能是由于南区火灾造成的高温。北区储能系统电池泄压阀开启，释放电解液分解产生的可燃气体，聚集在密闭空室内，易引发闪爆。现场可能缺少可燃气体检测装置或检测装置失效，未能有效检测可燃气体并及时报警，导致爆炸。储能站内火势蔓延较大，说明现场消防系统未能在第一时间控制火势，现场设置的手持灭火装置无法发挥作用，不符合锂离子电池储能电站的消防需求。
从事故图片来看，消防人员在南区使用消防水扑灭储能系统火灾时，北区突然发生爆炸。因为南区和北区距离比较近，所以消防水在喷洒南区的时候可能会接触到北区的储能系统。由于储能系统是高压带电体，喷水可能导致带电体及其线路短路，诱发火灾或扩大电气事故。
因此，在储能系统火灾初期，大量储能电池尚未受到影响的情况下，使用水作为灭火介质仍需慎重考虑。
7气象和环境因素
从韩国储能电站火灾事故调查分析报告中可以看出，环境因素是储能系统发生火灾的可能原因。事故发生在4月16日下午，4月15日北京发布大风黄色、沙尘蓝色、森林火险橙色预警信号。强风和灰尘的天气环境可能导致能量存储系统中的灰尘积聚。一方面，不利于储能系统的散热，提高储能系统的工作温度；另一方面，灰尘的存在会对系统的绝缘产生不利影响，绝缘失效容易导致电气设备的电击穿和局部高温，诱发储能电池的热失控。
8人员现场操作和管理制度
据媒体报道，储能电站发生事故时，有工人在现场调试储能系统。储能系统属于高压高能带电系统。施工现场和调试运行现场线路较多。如果操作失误或者现场处理不当，很容易造成安全问题。目前从电池本体、集成、工程设计、施工到运维等都有相关标准。如果不遵循标准，就会出现现场操作不规范、监管缺失、操作人员认识不足等情况，可能导致严重后果。
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四。后续工作建议
1.加强运行中储能电站安全运行管理和技术监督体系建设，明确管理责任和责任主体，针对不同类型储能事故制定故障应急预案和灭火措施，确保人员生命财产安全。
2.加强储能技术标准应用，构建储能建设和运维质量控制体系，将相关标准的要求落实到储能技术监管的各个环节，确保储能设备接入电网的安全性和可靠性。
3.加快建设大容量储能系统故障火灾模拟试验平台，开展储能系统火灾演化机理和防控技术研究，构建储能系统火灾危险等级和防护评估体系，验证和提高储能安全系统对不同实际环境的适应性。
4.加强储能安全技术研究，研究储能系统全生命周期应用安全技术，研发新型本质安全型储能电池，研究储能电站安全集成技术，研究储能系统安全状态在线传感诊断技术，研究储能电站安全预警、阻燃隔热、灭火灭火技术等。采取有效措施，加快新技术成果的推广应用。
电网设备选择
