儲能櫃火災介紹
整理者: 消防設備師 曹銘嘉, 消防設備士 黃明忠, 賴哲民(大學教授退休)
儲能櫃電池火災有別於傳統火災,具有複合性、高風險性與難以撲救等特點。 其核心是電池的「熱失控」及其引起的「熱蔓延」,這是一個劇烈且自持的物理化學連鎖反應過程, 需要從最根本的材料、電化學與物理學角度進行理解,才能制定有效的防災與滅火策略。
重大火災案例
2019年4月 - 美國亞利桑那APS儲能系統
- 🔥 造成4名消防與救災人員受傷
- 📅 系統運作已超過2年
- ⚠️ 突發性爆炸,消防人員進入後發生二次爆炸
2020年7月 - 台北市內湖區民權大橋
- 🔥 鋰電池儲能貨櫃火災
- 💧 消防射水長達3小時以上
- ⚠️ 顯示傳統滅火方法對儲能櫃火災效果有限
2021年4月 - 北京大紅門儲電站
- 🔥 採用LFP鋰鐵電池(業界常認為最安全)
- 💥 毫無徵兆下發生爆炸
- 😢 導致2名消防員犧牲
- ⚠️ 證明即使LFP電池也有嚴重風險
2021年7月 - 澳洲吉朗省特斯拉儲能系統
- 🔥 系統還沒啟用便失火
- 🔥 大火連燒4天才撲滅
- ⚠️ 顯示儲能櫃火災的持續性與復燃風險
案例分析關鍵發現
- ⚠️ 業界常以為鋰鐵電池最安全,但各地案例亦包含鋰鐵電池
- ⚠️ 電芯內還牽涉隔離膜、電解液等組成,一旦因內部或外部短路發生熱失控,容易造成連鎖反應
- ⚠️ 有突發性爆炸的危險,對消防人員生命安全構成嚴重威脅
- ⚠️ 潔淨型消防系統(如氣體滅火)無法有效撲滅
- ⚠️ 即使通過UL9540A延燒測試,也不代表不會延燒
- ⚠️ 多數事故發生在調試階段,顯示初期運行風險高
火災發展階段
階段一: 誘發期(濫用條件)
觸發機制:
1. 電氣濫用
- • 過充、過放
- • 外部短路
- • 內部短路(隔膜穿刺)
2. 機械濫用
- • 撞擊、擠壓
- • 震動導致結構損壞
3. 熱濫用
- • 外部火源
- • 環境溫度過高
- • 散熱系統失效
物理化學作用: 上述濫用導致電池內部溫度開始升高
階段二: 自生熱與觸發(熱失控起始)
90-120°C
負極表面的固體電解質介面膜(SEI)開始分解,放出熱量, 暴露出的負極石墨與電解液反應
130-160°C
溫度持續上升至隔離膜熔點,隔膜熔化收縮, 造成大面積內部短路,溫度急遽飆升
階段三: 劇烈分解與噴發(熱失控爆發)
180-200°C
正極材料開始分解,NMC材料會釋出氧氣, 為燃燒提供內在氧化劑,使火災即使在缺氧環境下也能持續
250-350°C
電解液沸騰、汽化,產生大量可燃氣體(甲烷、乙烯)與有毒氣體(CO、HF)
電池內部壓力急增,導致排氣閥開啟,噴射出高溫可燃氣體與電解液霧滴
這些氣體與空氣混合,極易被點燃,產生噴射火。 若壓力無法及時釋放,則會發生劇烈爆炸
階段四: 熱蔓延(多米諾骨牌效應)
單一電池的熱失控會釋放大量熱能,加熱相鄰電池, 使其也達到熱失控條件,形成「多米諾骨牌效應」。
在密閉的儲能櫃中,熱量與可燃氣體積聚,可能導致爆燃, 瞬間摧毀整個儲能櫃。
儲能櫃火災特殊性
🔥 火災規模極大
- 劇烈燃燒: 熱釋放率高,火勢發展迅猛
- 爆炸風險: 噴射火焰、電池破片飛散
- 易復燃: 只要內部溫度未降至臨界點以下,即使明火熄滅也可能再次燃燒
- 熱失控傳播: 單一電池失效易引發連鎖反應
☠️ 有毒氣體產生
- 氟化氫(HF): LiPF₆遇水或高溫分解產生,劇毒且腐蝕性
- 一氧化碳(CO): 電解液燃燒產生
- 有機蒸氣: 電解液揮發
- 重金屬煙霧: 電極材料燃燒產生
🚫 傳統滅火方法效果有限
- 無法終止內部電化學反應
- 無法有效對電池內部冷卻
- 氣體滅火劑對自供氧燃燒效果差
- 乾粉會對精密電子設備造成二次損害
⚡ 電氣安全風險
- 高壓電擊風險: 儲能系統電壓可達數百伏特
- 斷電困難: 電池本身即為電源,無法完全斷電
- 水導電風險: 使用水滅火需確保人員安全距離
總結與提醒
儲能電池的火災是一個由「電-熱-化學」相互耦合、逐級惡化的鏈式反應。 其獨特之處在於電池自身攜帶氧化劑和還原劑,且反應發生在密閉殼體內部, 使得傳統隔絕氧氣的滅火方式效果有限。
因此,「早期預警、防止蔓延、有效冷卻」是應對儲能火災的黃金法則。
- ✅ 早期預警: 投資熱影像儀、氣體偵測器等先進偵測系統
- ✅ 防止蔓延: 採用分艙隔離設計,防火材料,獨立機櫃
- ✅ 有效冷卻: 大量水源或專用滅火劑持續冷卻,降低溫度至安全範圍
- ✅ 應變計畫: 制定完善的消防應變計畫,定期演練