Jurang Kawal Selia dan Ketidakmatangan Teknologi: Halangan Utama kepada Pembangunan Perlindungan Kebakaran Penyimpanan Tenaga
Industri penyimpanan tenaga sedang memasuki fasa pembangunan pesat. Walau bagaimanapun, sektor perlindungan kebakaran yang menyokong sistem penyimpanan tenaga kekal di peringkat awal. Aplikasi produk semasa agak mudah, terutamanya bergantung pada alat pemadam api berasaskan gas. Saiz pasaran masih kecil dan tidak sepadan dengan kadar pertumbuhan sektor simpanan tenaga.
Terdapat dua faktor utama yang menghalang pembangunan keselamatan kebakaran dalam industri penyimpanan tenaga:
Pertama, terdapat kekurangan peraturan dan piawaian industri, dan pengawasan masih lemah. Oleh kerana skala penggunaan storan tenaga yang masih terhad, pasaran belum matang sepenuhnya, dan keselamatan kebakaran dalam sektor ini menghadapi sedikit kekangan kawal selia. Walau bagaimanapun, apabila skala industri penyimpanan tenaga terus berkembang, kepentingan keselamatan akan menjadi semakin menonjol. Sejajar dengan itu, piawaian perlindungan kebakaran yang berkaitan untuk sistem penyimpanan tenaga dijangka akan diwujudkan dan diperbaiki secara beransur-ansur. Di samping itu, insiden berkaitan penyimpanan tenaga yang kerap berlaku semakin menarik perhatian kepada isu ini.
Kedua, produk dan penyelesaian untuk perlindungan kebakaran dalam sektor penyimpanan tenaga kekal tidak matang. Kejadian kebakaran dalam sistem storan tenaga dicirikan oleh senario yang kompleks, pembakaran yang berpanjangan dan potensi pemusnahan yang tinggi—berbeza dengan ketara daripada persekitaran yang lebih konvensional seperti bangunan. Akibatnya, kaedah pengesanan dan penindasan kebakaran tradisional selalunya tidak berkesan untuk aplikasi penyimpanan tenaga. Ketiadaan penyelesaian yang berkesan dan disesuaikan telah menjadi salah satu halangan utama yang mengehadkan pembangunan keselamatan kebakaran dalam bidang ini.
Walau bagaimanapun, apabila industri storan tenaga terus mendapat momentum, kedua-dua penyedia storan tenaga dan syarikat keselamatan kebakaran semakin menumpukan pada pembangunan strategi perlindungan kebakaran yang sesuai. Usaha kerjasama sedang dibuat untuk mereka bentuk dan melaksanakan sistem pengesanan dan penindasan kebakaran yang lebih berkesan khusus untuk kes penggunaan penyimpanan tenaga, yang juga dijangka mempercepatkan penggubalan dan pelaksanaan piawaian industri.
Pertumbuhan Pantas dalam Penyimpanan Tenaga Elektrokimia Memacu Penambahbaikan Secara Berperingkat Piawaian Keselamatan Kebakaran
Teknologi penyimpanan tenaga termasuk penyimpanan hidro pam, penyimpanan elektrokimia, penyimpanan tenaga udara termampat, penyimpanan garam cair dan penyimpanan roda tenaga, antara lain.
Antaranya, storan hidro pam memegang kedudukan dominan dalam pasaran simpanan tenaga semasa kerana kosnya yang rendah dan kapasiti yang besar.
Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, perkembangan pesat industri kenderaan tenaga baharu telah menyebabkan penurunan mendadak dalam kos bateri litium. Akibatnya, storan tenaga elektrokimia, terutamanya berdasarkan teknologi bateri litium, telah menyaksikan pertumbuhan ketara dalam kapasiti terpasang.
Pertumbuhan ini sebahagian besarnya didorong oleh kelebihan penyimpanan elektrokimia berbanding hidro yang dipam: ia kurang dikekang oleh keadaan geografi dan lebih sesuai untuk mengimbangi turun naik kuasa frekuensi tinggi dalam sistem tenaga.
Sehingga 2025, kapasiti penyimpanan tenaga global terkumpul mencapai 191.1 GW, mewakili peningkatan tahun ke tahun (YoY) sebanyak 3.4%. Di antara semua teknologi, storan hidro yang dipam menyumbang bahagian terbesar, dengan jumlah kapasiti 172.5 GW, meningkat 0.9% YoY, dan mewakili 90.3% daripada jumlah global.
Storan tenaga elektrokimia mempunyai kapasiti terpasang terkumpul sebanyak 14.2 GW, menyumbang kira-kira 7.5% daripada jumlah keseluruhan. Dalam kategori elektrokimia, bateri litium-ion membentuk majoriti, dengan 13.1 GW dipasang—mewakili 92.0% daripada kapasiti penyimpanan elektrokimia.
Sejak 2011, kadar pemasangan storan tenaga global telah dipercepatkan dengan jelas, dengan pertumbuhan menunjukkan arah aliran menaik yang stabil. Pada 2018, storan tenaga elektrokimia global menyaksikan pengembangan yang ketara, dengan kapasiti terkumpul meningkat lebih daripada 120% YoY. Dari 2024 hingga 2025, kapasiti penyimpanan elektrokimia global terkumpul diunjurkan berkembang pada kadar tahunan kira-kira 50%.
Di bawah matlamat "karbon dwi", permintaan untuk penyimpanan tenaga terus berkembang. Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, peningkatan bilangan insiden yang melibatkan sistem penyimpanan tenaga elektrokimia telah berlaku, mengakibatkan kerugian sosial dan ekonomi yang ketara. Dengan penggunaan skala yang lebih besar di kaki langit, risiko keselamatan yang berkaitan dengan penyimpanan tenaga menjadi lebih teruk.
Sepanjang dekad yang lalu, lebih daripada 30 kemalangan kebakaran dan letupan telah dilaporkan di seluruh dunia di stesen janakuasa simpanan tenaga elektrokimia. Antaranya, tiga insiden berlaku di China, termasuk kemalangan baru-baru ini pada April tahun ini di stesen simpanan tenaga di Daerah Fengtai, Beijing.
Semasa pembinaan dan pentauliahan sistem, stesen itu terbakar dan meletup, menyebabkan 2 maut, 1 kecederaan dan 1 hilang. Kebakaran berlaku sekitar jam 12:00 tengah hari dan tidak dapat dipadamkan sepenuhnya sehingga jam 11:40 malam hari yang sama.
Kejadian Kebakaran Stesen Penyimpanan Tenaga Beijing
Dengan pertumbuhan pesat kapasiti penyimpanan tenaga elektrokimia, dan memandangkan kemalangan yang kerap dan sangat merosakkan yang berkaitan dengannya, pihak berkuasa kerajaan semakin memberi penekanan kepada pengurusan keselamatan sistem penyimpanan tenaga.
Dasar Utama Berkaitan Keselamatan Penyimpanan Tenaga Elektrokimia
Pihak Berkuasa Pengeluar：Pentadbiran Tenaga Negara (NEA)
Dokumen Polisi：Langkah Interim untuk Pengurusan Keselamatan Stesen Janakuasa Penyimpanan Tenaga Elektrokimia
Kandungan Utama：(1) Fokus utama adalah untuk mengukuhkan pengurusan keselamatan sedia ada loji kuasa.
(2) Fokus utama adalah untuk mewujudkan dan menambah baik sistem pengurusan keselamatan dan menggabungkan pengurusan keselamatan penyimpanan tenaga ke dalam sistem pengurusan keselamatan perusahaan.
(3) Fokus utama adalah untuk mengukuhkan pengurusan kecemasan kebakaran loji kuasa. Dengan mengoptimumkan reka bentuk kebakaran, pemeriksaan dan penerimaan kebakaran mandatori, melaksanakan pengurusan kecemasan kebakaran, dan hubungan kecemasan kebakaran berbilang pihak, kami boleh menangani kemalangan dan bahaya dengan berkesan serta meminimumkan kehilangan nyawa dan harta ekonomi.
Perlindungan Kebakaran Penyimpanan Tenaga: Daripada Halangan Teknikal kepada Penyelesaian Produk Berkesan
Bagaimanakah Bateri Litium Menyambar Api?
Secara strukturnya, bateri litium-ion menyimpan sejumlah besar tenaga dalam ruang tertutup, yang sememangnya menimbulkan risiko keselamatan. Punca bahaya keselamatan dalam bateri litium-ion adalah pelarian haba. Ini berlaku kerana tindak balas berantai yang dicetuskan oleh tindak balas sampingan yang melibatkan molekul kecil organik di dalam bateri, yang membawa kepada permulaan pelarian haba.
Larian haba dalam bateri litium-ion boleh dibahagikan kepada tiga peringkat:
Peringkat 1: Fasa Permulaan Larian Terma
Disebabkan oleh faktor dalaman atau luaran, suhu dalaman bateri meningkat kepada sekitar 90–100°C. Pada suhu ini, lapisan pempasifan SEI (Solid Electrolyte Interphase) pada permukaan anod mula terurai, membebaskan haba yang menyebabkan peningkatan pesat dalam suhu dalaman bateri. Apabila suhu mencapai kira-kira 135°C, pemisah mula cair dan mengecut, menyebabkan sentuhan antara katod dan anod, yang mengakibatkan litar pintas dalaman dan penjanaan haba yang berterusan.
Peringkat 2: Fasa Bengkak Bateri
Pada suhu antara 250–350°C, bahan anod (C6Li) atau litium termendap bertindak balas dengan pelarut organik dalam elektrolit. Tindak balas ini membebaskan gas hidrokarbon mudah terbakar seperti metana dan etana, disertai dengan penjanaan haba yang besar, menyebabkan bateri membengkak.
Peringkat 3: Larian Terma dan Fasa Letupan
Pada peringkat ini, bahan katod bercas terus mengalami tindak balas penguraian oksidatif yang ganas dengan elektrolit, menghasilkan suhu yang sangat tinggi dan sejumlah besar gas toksik. Ini membawa kepada pembakaran sengit bateri dan akhirnya boleh menyebabkan letupan.
Ilustrasi Mekanisme Larian Terma dalam Bateri Litium-Ion
Mengapa Bateri Litium Sukar Dipadamkan?
Sistem penyimpanan tenaga bateri litium terdiri daripada berpuluh-puluh sel yang disambungkan secara bersiri dan selari untuk membentuk modul bateri. Modul-modul ini kemudiannya disambungkan secara bersiri untuk membentuk rentetan bateri, yang seterusnya disepadukan ke dalam kabinet bateri simpanan melalui susunan selari.
Semasa kejadian kebakaran, pelarian haba dalam satu sel boleh mencetuskan tindak balas berantai. Melalui pemindahan haba dan sinaran haba, sel-sel jiran diinduksi ke dalam pelarian haba, akhirnya membawa kepada kebakaran berskala penuh dalam keseluruhan sistem penyimpanan tenaga bateri litium.
Kebakaran dalam sistem storan tenaga bateri lithium-ion mempunyai ciri unik berbanding jenis kebakaran lain:
Pembakaran sengit dan perambatan haba yang cepat
Ketoksikan tinggi, penjanaan asap tebal dan bahaya yang ketara
Risiko tinggi untuk penyalaan semula dan kesukaran yang melampau dalam pemadaman
Ciri-ciri Utama Kebakaran Sistem Penyimpanan Tenaga Bateri Litium:
Pembakaran sengit dan perambatan haba yang cepat
Ketoksikan tinggi, asap tebal dan bahaya yang teruk
Risiko tinggi untuk dinyalakan semula dan kesukaran besar dalam memadam kebakaran
Mengapa Bateri Penyimpanan Tenaga Memerlukan Reka Bentuk Perlindungan Kebakaran, Manakala Bateri EV Lazimnya Tidak?
Berbanding dengan bateri kenderaan elektrik (EV), bateri simpanan tenaga menimbulkan bahaya kebakaran yang lebih besar. Amaran awal dan langkah pencegahan adalah penting, kerana sebaik sahaja kebakaran berlaku, ia boleh merebak dengan cepat jika tidak dipadamkan tepat pada masanya. Selain itu, sistem penyimpanan tenaga mempunyai lebih banyak ruang fizikal untuk menampung peralatan perlindungan kebakaran, manakala EV lebih terhad ruang.
Dari perspektif struktur, kedua-dua sistem storan tenaga litium-ion dan sistem bateri EV berkongsi komponen hierarki yang sama: sel individu, modul, pek bateri dan sistem penuh. Walau bagaimanapun, perbezaan utama terletak pada skala. Sistem storan tenaga mengandungi lebih banyak sel individu daripada sistem bateri EV, menghasilkan jumlah kapasiti tenaga yang biasanya 10 hingga 100 kali lebih besar daripada yang ada dalam kenderaan elektrik.
Contohnya, manakala Pek Bateri Lithium 144V 200Ah Kenderaan Elektrik atau Pek Bateri Litium-Ion 72V 150Ah Troli Golf boleh memenuhi keperluan pengangkutan dengan cekap, kapasiti tenaga mereka jauh lebih rendah daripada sistem penyimpanan tenaga peringkat grid. Akibatnya, sekiranya berlaku kebakaran, keterukan dan potensi kesan insiden sistem bateri simpanan adalah lebih besar, memerlukan reka bentuk perlindungan kebakaran khusus.
Mekanisme kebakaran:
Kedua-dua sistem penyimpanan tenaga (Bateri Litium Ion 204V 200Ah 40KWh Bateri Lifepo4 Sistem Penyimpanan Bateri Tenaga) dan bateri EV (Bateri Litium Kenderaan Elektrik- Pek Bateri 144V 200Ah Troli Golf) boleh terbakar akibat pelarian haba dalam satu sel yang disebabkan oleh penyalahgunaan. Walau bagaimanapun, penyebaran api berbeza: dalam EV, ia biasanya merebak ke sel atau modul berdekatan; dalam sistem storan, ia boleh merebak merentasi berbilang modul kerana saiz sistem yang lebih besar.
Cabaran Pencegah Kebakaran dan Penyelesaian untuk Sistem Penyimpanan Tenaga Bateri Litium-Ion
Kaedah konvensional seperti pengasingan oksigen atau gangguan rantaian pembakaran tidak mencukupi untuk memadamkan sepenuhnya kebakaran bateri lithium-ion. Penindasan yang berkesan mesti mencapai pemadaman api dan penyejukan haba.
Ejen pemadam pepejal mempunyai sedikit atau tiada kesan pada kebakaran bateri litium.
Ejen gas menawarkan kecekapan terhad dan prestasi penyejukan yang lemah.
Ejen berasaskan air, selain daripada kos efektif dan mesra alam, menyediakan penyejukan dan penindasan kebakaran yang ketara.
Untuk sistem penyimpanan tenaga (ESS) bateri litium-ion berskala besar, pembangunan agen pemadam api yang baru, cekap dan tahan pencucuhan semula, bersama-sama dengan sistem penghantaran ejen termaju, adalah penting. Inovasi ini akan meningkatkan keselamatan kebakaran dalam simpanan tenaga elektrokimia dan menggalakkan pertumbuhan industri penyimpanan tenaga dan perlindungan kebakaran.
