韓國儲能系統火災原因

胡不斐(2019)，23 個起火電站中，電池製造商 LG 化學供應了 12 個，三星 SDI 有 8 個，另外 3 個由其它電池製造商供應。報告認為：部分電池中發現有缺 陷，但通過模擬試驗，沒有發現電池自身引起火災的電池內部短路現象。不過，

當製造存在缺陷的情況下，電池充放電幅度變大，充滿後仍然持續充電時，由於 電池內部短路火災發生可能性會變高。

如表 2-1，按照用途分為：太陽能連接、風能並網電站 17 起，峰值控制電站 4 起，^頻率調整電站 2 起。充電完成後放電待機時間（充滿後休止時間）中發生火 災 14 起，充放電中 6 起，安裝、施工中 3 起。設置位置（山地 14 起，海岸 4 起，其他工廠等 5 起）；建築形態（組裝式面板 15 起，集裝箱 4 起，混凝土 4 起）；運營時間（1 年以下 16 起，1-2 年 3 起，2 年以上 4 起）。

表 2-1 韓國儲能系統火災統計

多數的事故可以確定為是由於使用了同一工廠相似時期內生產的電池。因此，

為確認電池生產過程中的缺陷，對電池進行了解體分析。結果表明，一家公司的 一部分電池中存在極片折疊、切割不良、活性材料塗層不良等製造缺陷。

資料來源：「韓國儲能：暴沖與妥協」

圖 2-3 收集與事故現場電池所屬廠家、生產批次相同的電池進行解體分析 因此，模擬製作了極片折疊和切割不良的電池並進行了 180 次以上的充放 電測試，但並未發生能夠導致起火的電池內部短路(斷裂：由於電池兩端接觸（短 路等），電流過大的現象)問題。

外部短路：為確定電池安全性進行了電池系統短路試驗。結果表明，在機 架式短路試驗中，2 家公司的電池保護裝置的直流接觸器發生爆炸和熔接。

物性分析等：電池構成物質分析，確定控制電池之間的電壓和溫度偏差的 BMS（Battery Management System：控制電池的性能和安全的 S/W 和 H/W 的統稱）

是否正常動作，在試驗中沒有發現電池完全充電後繼續充電會引起火災。

（2）針對電衝擊的保護體系不周；

直流側斷裂：由於外部電衝擊，電池保護裝置內多個零件損壞，類比這種短

路現象的結果表明，電池機架保護裝置內的直流接觸器（DC Contactor）爆炸。

母線損壞後，導致電池機架保護裝置附件的二次短路事故發生，多處同時出 現火災。

PCS 交流側接地：變流器（PCS）內部的交流電流篩檢程式（reactor）碳化，

模擬接地事故的試驗，結果電池側發生電衝擊。

反復實施同一試驗，結果表明，當電池機架保護裝置內的直流接觸器絕緣性 能降低時，可能發生火災。

PCS 附件斷裂：假設 PCS 內部的轉換元件被燒毀，PCS 內部的直流交流側兩 端斷裂發生故障。實證結果表明，由 PCS 流入系統和電池側的對電流現象雖得以 確定，但 PCS 的阻斷器作用後並不會導致火災。

電磁抗擾性：為驗證 PCS 的電磁波釋放是否會導致電池系統的不正常運轉進 行了試驗，結果表明多數產品都超過了國際基準，3 家公司的電池都具備充分的 抗擾性。

資料來源：「韓國儲能：暴沖與妥協」

圖 2-4 電池保護裝置內零件損壞

水分、粉塵試驗：以在空調機周邊發現的熔融痕跡為證據，在電池系統中類 比了水分、粉塵、鹽水的環境，試驗絕緣性能是否可能降低。結果表明，特定公 司的電池內模組絕緣性能下降並發生火災。

溫度偏差試驗等：對牆面、通道的溫度偏差導致電池模組內溫度偏差的事例

（溫度偏差試驗），以及周邊區域的閃電通過岩層地面進入電池室影響電池保護 裝置的事例進行探討後，認為不會導致火災。

資料來源：「韓國儲能：暴沖與妥協」

圖 2-5 水分、粉塵試驗

（4）綜合管理體系欠缺

在事故現場調查、企業面談調查以及試驗實證過程中，發現儲能電站的設計 和運營未能將電池和 PCS 等部件統合為一，從系統的層面上進行管理和保護。

BMS、PMS、EMS 間資訊共用體系不完備，PCS 和電池間的保護體系作用順序 欠妥，PCS 故障修理後不確認電池有無異常即再次啟動系統，交流和直流側接地 感知裝置間衝突等問題可證明各現場多數的綜合管理體系欠缺。

儲能系統火災事故原因調查結論：

（1） 電池保護系統欠缺

電的危害因素中，由於接地或短路導致的電衝擊（過電壓/過電流）流入 電池系統時，作為電池保護體系的機架保險絲未能快速阻斷短路電流，因 此，絕緣性能降低的直流接觸器爆炸，電池保護裝置內的母線和電池保護 裝置外殼中發生二次短路事故，電池內可能發生火災。

（2） 運營環境管理欠缺

安裝在山地或海邊的儲能裝置，由於日夜溫差太大，結露嚴重並且容易暴 露在大量灰塵中。在這種惡劣環境下，運營電池模組內露水反復生成又乾 燥，灰塵被大量吸附。因此，電池和模組外殼間的接地部分絕緣損壞，會 引起火災。一方面，一部分公司的電池模組使用了冷卻風扇，但冷卻風扇 可能成為水分和灰塵的移動途徑。

（3） 安裝不注意

電池保管不良，錯誤接線等儲能系統安裝疏忽會引起火災。

（4） 綜合保護管理體系欠缺

製造主體未能與其他電能管理系統（Energy Management System，EMS）、 電力管理系統(Power Management System, PMS)、電池管理系統（Battery Management System，BMS）和系統集成企業有機聯合運營等。針對事故預 防、火情擴散防止、事故原因調查，儲能電站缺乏綜合的系統進行設計和 保護是問題的原因。

（5） 部分電池中發現有缺陷，為此進行了模擬試驗，但沒有發現電池自身引起 火災的電池內部短路現象。但是，當製造存在缺陷的情況下，電池充放電 幅度很大，充滿後仍然持續充電時，因電池內部短路火災發生可能性會變 高。

최명영(2019)，儲能系統的主要安全管理國際標準包括 FM 制定 FMDS 0533 、 美國 ICC 以及 NFPA 制定 NFPA 855。在韓國 2018 KFS 412「鋰離子電池儲能系統

（ESS）防火安全指引」完成了頒布,並完成了修訂步驟,包括防止電力儲能設備 火災擴散的內容在電氣設備技術標準的判斷標準中,並準備制定與國家理工學院 的電能存儲 (ESS) 系統相關的 KS 標準。

火災保險協會制定的 KFS 標準主要參考 NFPA 855 和 FDS 0533，電氣設備科 技標準主要參照 IFC 2018 制定。其中 KFS 和 NFP A855，FMDS 0533 和 IFC 2018 所包含的主要內容以 KFS 412 為基準進行了比較。各標準的特徵不同，特別是 FMDS 0533 中，部分細節內容是根據製造公司手册進行的，很難明確的比較，以 KFS 412 主要內容為主進行比較，要注意這一比較並不是標準之間的優劣。

表 2-2 ESS 相關的標準的主要內容比較 5.1L/sec/㎡

○ - ○

為了减少電費，往往需要在現有場地上建立鋰離子電池 ESS。在這種情況下，很 難滿足海外標準所要求的間隔條件。在這種情況下，如果根據 UL9540A 進行大尺 度火災試驗等驗證安全性的情况下，可以放寬容量限制。但是，在韓國，通過實 際大尺度火災試驗，需要對容量限制以及灑水器等滅火設備的有效性等進行驗證，

但這並不容易。根據 2018 年 12 月制定的“電氣設備技術標準（ESS）火災擴散 預防”的判斷標準修訂（部分）說明資料，韓國沒有可執行的試驗機構。

韓國防火安全標準(KOREA FIRE SAFETY STANDARDS，KFS)，制定與 ESS 安全 相關的 KFS 412（鋰離子電池儲能系統（ESS）防火安全指引）中，ESS 的安裝、

維護及檢查時應注意把事項整理如下

1. 防火區劃

- 安裝 ESS 的空間的樓板、天花板、牆壁等應具有至少 1 小時的防火時效

- 如有貫穿 ESS 空間的設備，則開口應採用與防火區劃結構相當於或高 1 小時 防火時效。

2. 容量和距離

- 每個機架配置最大容量應不超過 250 kWh

-每個 ESS 機架之間和牆壁間隔應大於 0.9 m

- ESS 與公共區域間隔至少 15 m 以上

資料來源：「국내 ESS 화재 현황 및 안전관리 기준」

圖 2-6 容量與間隔距離概要

3. 通風裝置

- 機械通風設施以空間建築面積為基準，應大於 5.1L/sec/㎡

- 通風系統必須連續運作由氣體探測器啟動,並由接收器監控

- 氣體感測設施偵測空間中的燃燒氣體濃度超過燃燒限值(LFL)的 25%時，啟動 機械通風設備。

- 氣體感測設施應確保超過兩小時的備用電源

4.水系滅火設備

- 安 裝 撒 水 器 滅 火 設 備 的 情 况 下 ， 最 低 放 射 性 密 度 應 大 於 12.2LPM/ ㎡

（12.2m/min）（雖然安裝了氣體系統滅火設備，但是滅火失敗的事例被確認，

復燃時很難應對，所以建議儘量安裝水系滅火設備）

5.室外安裝的其他注意事項

- 如果將 ESS 安裝在室外集裝箱等內部，則應與生產設施、公共道路、建築物、

可燃物、危險品及其他類似用途間隔 3m 以上。

- 如果將 ESS 安裝在室外集裝箱等內部，則其尺寸不應超過 16.2m×2.4m×2.9m（高 度）。

- ESS 安裝在大量集裝箱或類似容器內，其間隔距離應大於 6m，如果間隔在 6m 以內，應以 1 小時以上的防火牆分隔。

- ESS 安裝在室外應管理以防止 3m 內的植被或可燃物延燒

- 如果安裝在室外集裝箱內或類似的東西,室外集裝箱或類似容器的材料必須是 不燃的鐵或金屬，以便易於釋放熱量到外部，並具防水性。

資料來源：「국내 ESS 화재 현황 및 안전관리 기준」

圖 2-7 戶外安裝時需要考慮的事項

6.緊急計畫的製定及訓練

- ESS 所有人或指定的代表將製定和培訓 ESS 設備負責人員和緊急應對工作人員，

在現場有效應對可能發生的危險的緊急計畫，以應對可能發生的危險。

- 緊急行動計劃安全停止程序，應包括斷電程序、設備和設備的停機程序，以減 少在緊急情況下起火和電擊的風險，以及在緊急情況終止後的安全啟動程序。

7.操作與維護

- ESS 必須按照製造商的說明或操作和維護文件進行操作和維護。

- ESS 必須按照製造商的說明或操作和維護文件進行操作和維護。