宋郁德
摘要
儲能系統的基本效益在於能夠有效促進饋線（Feeders）的運用，並顯著降低對電網造成的衝擊，擴大再生能源設置，分散式儲能電網，提供夜間尖峰部分用電，可以得到電力供/需達到最佳的運用，達電力自給自主。目前大量使用的鋰離子電池儲能載體，其電化學熱失控災害案例，難以有效滅火防止，又不能因噎廢食，讓金融保險卻步，影響儲能系統發展。在此重申儲能重要性，分析致災原因及目前災損防止的措施，而安全間隔距離是規範中的重中之重，研究及早偵知異常技術，有效及時關斷充放電及預防維修有待加強。
關鍵詞：鋰電池儲能、災損防制、儲能事故原因、多層次防護、核保評估因子
壹、前言
儲能系統（Battery Energy Storage System, BESS）係把電能儲存起來，在需要時可以因應供需，重複調節使用的系統。台灣在2017、2021及2022年，三年出現四次大規模跳電，在電力供應不穩前提下，各企業須化被動為主動，從自身建置儲能裝置，以因應未來電力緊急情況。今日非基載間歇性的綠能興起就需明日的儲能運行。儲能系統(BESS)發展的步伐逐漸加快，在短期內對能源市場轉型是一個可喜的推動力，但它也確實對於能源市場轉型帶來了挑戰。針對儲能系統BESS 而言，考慮到災難性的熱失控火災發生機會高，且不易察覺與抑制，一旦發生失效，可能會摧毀整個專案工程，因此保險核保思維必須轉變為嚴謹，保險公司聽到儲能就避之唯恐不及，儲能案場就很難取得銀行融資。除營運期電子設備險與建置期工程險之外，營運期營業中斷險爭議大，在此述說不能忽視風險的重要性與災損防阻因素。
貳、儲能系統建置必要性
2017年的815全台大停電，台電大潭發電廠6部機組全跳停，因全台電力備轉容量不足，致分區停電。2021年的513全台大停電，高雄興達發電廠4部燃煤機組跳脫無法供電，因無法立即復電(無太陽、無雨水水力)、燃煤機組自升載至併聯需較長時間)。2021年的517全台大停電，興達電廠一號機組跳機，55萬瓩電力無法提供，靠水力發電，但水情不佳，抽蓄機組用水耗盡，無預警停電。2022年的303全台大停電，興達電廠9台發電機組無法送出電力，上午9點許全台大跳電，彰濱儲能場立即接上供電，因停電規模大，約20分鐘後儲能就用完...。可見不僅需要再生能源設備，更需要儲能裝置，此說明儲能裝置容量的不足與建置的必要性。
為達成 2050 年能源轉型、淨零排放的目標，在「電力系統與儲能」項目上，以擴大儲能系統、推進儲能技術設置確保供電平衡及加強系統韌性，並且建構儲能商業模式為一大發展目標。針對台灣儲能發展現況，「表後儲能」未來發展潛力無窮，儲能在用戶端的使用面向廣泛，主要目的希望提高能源利用效率，降低用電成本，提升再生能源的應用，同時增強電力系統的靈活性和穩定性，不僅有助於企業和家庭降低用電成本，還能減少碳排放，實現能源轉型。
參、再生能源條例用電大戶條款
2023年5月經立法院三讀修正通過，再生能源發展條例，規定未來新增建或改建的建築物達一定規模以上者，必須設置一定容量以上之太陽光電發電設備，即新建、增建或改建建築物面積達1000m2以上，每20m2應設置1瓩太陽光電。意即一棟1000m2的新建物，需要裝設50瓩容量的光電，若以業界平均每10m2可設1瓩來看，一半的屋頂面積要設置太陽光電。
「一定契約容量以上之電力用戶應設置再生能源發電設備管理辦法」俗稱「用電大戶條款」已於2021/01/01正式上路，維持契約容量在5，000瓩 (5MW)以上的電力用戶，必須在5年內(2025)設置契約容量10%的再生能源。扣除教育醫療社會服務需求，餘約300多家企業受影響。有4種方式可達成，包括設置一定裝置容量的再生能源設備或儲能裝置、購買再生能源憑證、以及繳交代金。
目前有關儲能裝置容量與裝置成本及災損保險預估費用的規劃如下表1：
表1儲能裝置容量與裝置成本及災損保險預估費用進程
一、鋰三元(鎳錳鈷)電池(NCA)
能量密度 (150-220 Wh/Kg) 比磷酸鋰鐵 (90-120 Wh/Kg) 高，但安全性低。優點是能量密度高，循環壽命長，體積小、重量較輕；缺點是高溫結構不穩定，高溫安全性差，原材料成本高，工作溫度範圍較窄。以安全性而言，會採用磷酸鋰鐵電池為多。
二、磷酸鋰鐵電池(LFP)
優點是安全性高，循環壽命較長，具較大的放電電流，工作溫度範圍廣，原材料成本低 (不含貴金屬)。缺點是能量密度低，製程成本高，低溫時性能差，體積大、重量較重。
由於儲能電池熱失控災害為不可逆情境，火災難以消滅，也會產生有毒氣體及爆炸的致災隱憂，所以一般以安全性優先考量，現階段會採用材料成本較低，高溫結構穩定，工作溫度較廣的磷酸鐵鋰電池(LFP)。
伍、儲能事故原因分析
電池火災與一般火災有所不同，不能直接布水線噴灑水攻。目前尚無適當的滅火器可用於滅火，因此需避免高溫潑及周遭設施，造成更大災害。此時只能在周圍降溫並保持警戒。消防隊對鋰電池儲能系統的作戰守則是：消防人員的生命安全為優先，撒水以防止延燒，儲能設備則讓其燒毀待盡。
根據消防署的研究報告，事故原因主要分為以下幾類：
一、電池保護系統不足：缺乏過電壓和過電流保護。
二、內短路故障：電池發生內部短路。
三、接地和短路問題：電力衝擊無法快速阻斷或隔絕。
四、冷卻系統失效：液體冷卻系統失效導致電池熱失控。
五、過熱問題：鋰電池過熱導致熱失控。
六、BMS設計問題：電池模塊失效，電源管理系統（Battery Management System, BMS ）設計不良。
七、系統整合不完整：電源管理系統(BMS)、能源管理系統（EMS）、電力管理系統（PMS）及電池等系統整合不完善。
八、施工不良：導致絕緣劣化。
九、操作疏忽：ESS試運行供電過程中工人疏忽。
十、未經測試的BMS故障：故障仍繼續使用。
十一、PCS損壞：功率調節器（Power Conditioning System, PCS）損壞引起的火災。
十二、電芯缺陷：部分電芯存在缺陷。十三、電池設計缺陷：整體設計存在問題。
十四、極片問題：極片折疊、切割或焊接不良、塗層分離。
十五、環境影響：濕度和粉塵影響電池及模組的絕緣性。
十六、其它不明原因：例如碰撞、針刺等事故。
這些因素共同影響了儲能系統的安全性，需加以重視並持續改進相關技術與管理措施。
陸、各類儲能系統防護
目前，台灣對儲能系統的防護措施依據包括：
一、經濟部：併網型儲能系統設置區域及安全規範。
二、經濟部：戶外電池儲能系統案場驗證技術規範。
三、內政部：提升儲能系統消防安全管理指引。
針對熱失控和火災的控制，主要考量包括：
1.具有耐火性的隔板。
2.電流中斷設備 (Current Interrupting Device, CID)。
3.溫度量測裝置。
4.安全或壓力排放口。
5.遠端監控電壓、電流和電阻是否異常。
6.氣體偵測感測器。
7.電池系統適當冷卻的方式。
8.熱流計測量內部產生的熱量。
9.電池單元之間，規定的最小間隔距離。
10.電池單元內的隔熱。
11.滅火系統。
12.大量水滅火被認為可以有效阻止電池熱失控的傳播，透過冷卻鄰近電池模組以防止熱失控升級而引起火災。
13.電池管理系統(BMS）警報機制及預警措施
(1)溫度不平衡保護，當電池溫度最大和最小之間的差異時，溫度超過40℃/超過30 秒。
(2)過高溫度，當電池最高溫度超過65℃時提供保護/超過3 秒。
(3)過低溫度，當電池的最低溫度超過-20℃時提供保護/超過3 秒。
(4)過電流保護，一定時間內高於設定電壓的異常電流 (於充電/放電時) 。
(5)過壓保護，機架電壓高於標準電壓之水平。
(6)欠壓保護，機架電壓低於標準電壓之水平。
(7)電壓不平衡保護，當電池的最大電壓與最小電壓之間存在差異時超過1000mV/超過10秒。
(8)通信故障，BMS在電池之間的通信故障。
(9)切換失敗，電流超過10.0A超過3秒時切換失敗/即使狀態指示為“斷電關閉”。
柒、台達儲能系統安全解決方案：多層次防護與阻絕
分析儲能系統火災事故發生的潛在原因和預防之道，除了電芯與電池設計和生產過程可能的瑕疵，需要透過制定更嚴格的產品安全標準來加強，政府相關消防法規、器材和消防訓練亦應針對儲能系統火災之特殊性質加強和演練，台達身為能源系統解決方案供應商，從能安全性系統設計和管理的觀點，提出的因應解決之道為：
- 電池安全偵測設計
Lithium Metal Deposits)穿透隔離膜造成電芯內部短路是造成失火的原因；加上絕緣失效造成外部高壓跳弧，進而引發火災；而絕緣失效可能肇因於系統溫溼度控制失當所導致的冷凝。由此可知，針對電池管理與電池保護系統設計一套安全偵測與監控機制，預先得知電池內部和外部電壓、電流、溫度、濕度是否異常，並採行預防措施，以防微杜漸。
對此，台達的解決方案包括了：（一）以電芯電壓監控設計確保每一電芯未超限使用；（二）系統配置絕緣偵測系統，及時偵測直流母排絕緣狀態，一旦出現絕緣阻值降低或漏電流，立即切離電池櫃繼電器；（三）多點偵測機櫃內外溫度與濕度值，並透過電池系統專利演算法依據工作狀態動態調控環控系統與門禁系統，避免電池櫃內出現冷凝風險。
二、電池櫃防延燒設計
儲能系統若無分艙管理，單一電芯發生熱失控，極有可能會延燒至鄰近電池機櫃，造成整個貨櫃大規模火災，甚至發生無預期的爆炸，造成消防人員搶救的難度和危險；即使沒有延燒至鄰近機櫃，鋰電池熱失控後所釋放出的有毒物質與滅火時所灌入的消防水柱，也會讓整套儲能系統報廢無法使用。
台達儲能系統在安全設計上最大的亮點，在於採行獨立機櫃、分艙管理，即便單一電池模組失火，也能將火勢阻絕在同一機櫃內，且機櫃內配置陶瓷防火材(耐溫1260oC)，可有效阻絕火勢擴散與延燒，不會影響到其他機櫃的安全與整個儲能系統的正常運作。
- 儲能系統消防設計
對此台達提出內外雙重消防對策，機櫃本身必須配置氣霧式滅火藥劑，避免電氣火災(如電線起火)引發電芯熱失控。另一重則是外部的加強防護機制，目的是當火災意外發生時，可對機櫃降溫避免延燒擴大。客戶或業主可請專業單位依案場環境與條件、周邊建物設備的重要性、環安規定…等綜合評估後，選擇是否建置水霧消防系統。一般來說，如果案場無人值守、地處偏遠、沒有既設消防設施與對應措施，則建議加設自動水霧設施，在消防人員到場前可初步控制火勢。
四、防水防塵設計
依據中國電科院針對大紅門儲能電站的火災事故調查報告，消防隊在撲滅南區火勢時，因噴淋水柱灑入了北區的儲能系統，造成北區的儲能系統突然爆炸。如何避免灑水滅火時造成高壓短路而誘發更大火災，也是儲能系統發生火災之後的損害控管機制很重要一環。
台達儲能系統採用IP55防水防塵設計，機櫃外以消防水柱灑水降溫，不會造成機櫃內電氣事故與高壓短路，避免災情擴大。
五、EPC設計與建置注意事項
設計、採購、施工(Engineering, Procurement, and Construction, EPC）包商角色和責任亦不容忽視。尤其許多再生能源大型儲能系統經常位於山區或海邊，甚至是在廢棄鹽灘地或溼地，必須事前做好案場環境和地質探勘，針對案場環境特性提出環境對策（例如防火、防風、防腐蝕、防鹽害、防水、防土壤液化等措施），並注意接地系統與通訊干擾，以避免日後營運時設備異常（例如冷卻系統故障、通訊告警與控制系統失效）而發生火災。而施工期間亦應做好工程絕緣防護、異物屏蔽，並注意工程安全，以避免系統還在調試階段便因人為或環境因素發生意外。
當儲能系統完工啟用後，後續的維運與技術服務亦是確保系統安全很重要一環。除了應有良好的運維系統與服務作業標準化，定期維護與監測機制必須確實執行，以確保系統安全。
捌、核保風險因子
儲能系統(BESS) 發展的步伐逐漸加快，在短期內對能源市場轉型是一個可喜的推動力，但它也確實對於能源市場轉型帶來了挑戰。針對BESS 而言，考慮到災難性的熱失控火災發生機會高，且不易察覺與抑制，一旦發生可能會摧毀整個專案工程，因此核保思維必須轉變為嚴謹同時不能忽視任何潛在風險，落實核保評估。對於管理風險的角度來說，在有越來越多的BESS專案完成前，目前尚未有可靠的歷史資料庫可用作指引，便是要透過各種討論與溝通，來增加保險公司對於BESS整體的風險信心，初步而言，核保對BESS的主要的評估思考包括:
一、BESS 抵抗水災或地震等天災的能力?
二、它們之間需要多少空間才能防止火勢蔓延?
三、隨著時間的推移，電力效能失去或喪失的速度有多快?
四、未來如何升級或與新技術整合，以改善BESS本質風險?
五、BESS如何與其他能源系統(如太陽能或風電場)整合?
六、如何確保足夠的材料和零件供應?
七、主要具體弱點
(一)不燃材料、安全距離:通過 UL 9540A遇超出試驗時的環境條件如強風，仍有延燒風險。
(二)溫度偵測、煙霧偵測、一氧化碳偵測、可燃氣體偵測、氫氣偵測:氫氣偵測效果差。
(三)Novec 1230火災抑制劑:可撲滅明火，但無法阻止熱失控，可燃氣體會持續累積由於無足夠降溫效果，熱失控可能延燒至其它單元。
(四)撒水系統:使用 20.4 LPM/m2撒水密度時，可滅火也防止熱失控延燒至其它單元，但由於儲能的裝置外殼會阻礙水進入直接降溫故同單元內熱失控蔓延、可燃氣體持續累積。
玖、核保評估因子
一、 熱失控風險和間距:管理熱失控風險對於評估 BESS 至關重要，包含化學、設計和操作條件等因素，以及保固以及監控和維護系統的有效性。同時需要檢查間距最佳化和密度問題，來考量可能會因散熱而增加熱失控的風險。
二、系統相容性問題:BESS 專案的相關設備及管理系統，也會導致各種之間的相容性問題，從而影響系統的效能和安全性。
三、技術演變:技術演變速度非常快，各個市場的演變也不相同，可預期新化學電池的研發，如鋰硫或固態電池，都具有不同的特性和風險。
四、運輸:在不同國家和地區的法規和標準，電池的運輸和包裝方法可能存在差異，因此必須了解運輸和包裝要求規範並確認遵循。
五、責任:核保需要仔細檢查與 BESS 專案相關的公共安全潛在風險，包含電池系統安裝或維護過程中安全措施不足可能會導致事故、火災或其他危險情況，事故之預防為控制責任風險重要的一環。
六、一般通用觀點
(一)消防灑水系統: 效果有限但至少可以降溫。
(二)安全距離: 開放空間、貨櫃間距離20公尺讓消防隊作業、建築防火牆。
(三)櫃體: 不可燃材料、洩壓口。
(四)探測器連鎖: 各項先進探測器，且須訊號連動到控制中心與消防隊，最好能自動切斷電源。
(五)應變計畫: ERP緊急應變計畫、BCP備援控制計畫等。
(六)消防隊: 應有消防隊到場後可切斷的緊急開關。
七、清潔能源協會CEA觀點
(一)24%儲能系統在火災偵測與滅火功能有品質問題。
(二)18%儲能系統在熱管理功能有品質問題。
(三)電池問題佔30%。
(四)現場需要大量人工組裝，造成許多系統整合問題。
八、國際再保險人建議包括：(一)不接受二次電池；(二)要有MOC變更管理計畫(三)沒有任何方法可以滅火，因此距離與撒水(隔離)為最重要考量；(四)只相信撒水系統，不相信氣體、乾粉；(五)研究顯示，消防隊若正確射水不會觸電，但安全第一，不強求。
拾、儲能安全距離重要因子
儲能離子電池至今尚未有有效滅火與防爆措施，一旦發生熱失控致災，為其不擴大災害，只能控制抑制燃燒殆盡，所以儲能電池的安全距離是保護的最後手段。相關單位及法令規定，皆強調安全距離的重要性。儲能系統消防之設置、設計及安全距離，應符合消防署最新版《提升儲能系統消防安全管理指引》與能源局/署儲能系統設置安全要求相關規定。
一、提升儲能系統消防安全管理指引
儲能系統與案場外鄰近場所應保持安全距離，其設置指引如下:
(一)設置儲能系統處所之外牆或相當於該外牆之設施外側，與下列場所之距離在30公尺以上:1.公共危險物品製造或儲存場所。2.可燃性高壓氣體製造或儲存場所。3.設置標準第十二條第一款第六目場所。 4.住宅、5.建築物、6.停車場、7.公共道路。
(二)儲能系統符合下列條件之一者，與前款第五目至第七目所定場所之距離得為3公尺以上:
1.設置防火時效2小時以上之防火牆或同等性能之防火設備，且設置自動撒水設備或水霧滅火設備。
2.防止延燒性能符合第八點規定。
儲能系統與案場內建築物之距離在3公尺以上。但設置防火時效2小時以上之防火牆或同等性能之防火設備，其距離得為1.5公尺
以上。儲能系統高度在4.5公尺以下，以因應緊急應變行動之執行。
二、儲能系統設置安全要求
(一)儲能櫃距離規範:
1.不得設於架空線路路徑垂直投影之下方3公尺範圍。
2.與附近任何建物出口之間隔應大於3公尺。
3.與生產設施、公共道路、建築物、可燃物、危險物品和其他類似物之距離應大於3公尺。d.貨櫃間通行及搬運之空間應大於1.5公尺。
4.太陽光電設備之設置不得阻擋救災。
5.貨櫃不得堆疊。
6.與車輛及建物之間隔應大於3公尺，若間隔距離不足，應設置一小時以上防火時效之防火牆。
(二)廠區外距離規範:
1.與加油站、加氣站、天然氣儲槽等公共危險物品或可燃性氣體設施間應達20公尺以上之安全距離。
2.與下列場所間，應達30公尺以上之安全距離:
3.達300人以上之八大場所、休閒運動中心、商場、市場、飯店、餐飲、宿舍、診所、長照機構(屬H-2日間照護) 、辦公室、金融機構等場所。
4.達20人以上之醫院、安養中心、啟智、啟聰特殊學校、身心福利機構、長照機構(非屬H-2日間照護)、學校、補習班、K 書中心、幼兒園。
拾壹、結語
一、儲能系統的重要性：儲能系統是再生能源與電網穩定的重要一環，未來成長趨勢明確。
二、發展挑戰：由於儲能系統發展快速，電池及電力改變系統（PCS）的質量問題、系統整合紛亂，以及設備商良莠不齊，國內外重大事故頻傳，火災與爆炸風險持續存在，需謹慎評估。
三、規範整合：國內外對儲能產業的相關規定尚未完全整合，供應商在製造、安裝、測試及消防安全標準上存在差異。經濟部標準局在2022年11月14日正式公布設計及驗證審查作業要點，消防署也頒布指引，對案場安全將有明顯提升。
四、火災防範措施：熱失控引致的鋰電池火災目前尚無有效的滅災減災方式，完善的監控系統（BMS、EMS、熱管理系統、絕緣）、防護系統（冷卻散熱、通風排氣、隔離/遮斷）及標準作業手冊（安裝、測試、維運等環境條件）可預先降低發生機率。
五、產險公司的角色：產險公司已完成詢問表與評估表，並累積多場查勘經驗，將持續精進儲能案場的評估分級標準，以謹慎而不保守的態度篩選合宜案場或條件承接。
六、費率差異：再保市場與國內市場之費率條件尚存極大差異，尚需建立合理的對價。
七、儲能系統的安全性設計：針對儲能系統火災容易延燒的特性，採用多層次的安全機制加以阻絕。從最底層的電池芯和電池模組的安全監控與管理，到機櫃和整個系統的安全防護與備援運作，乃至於日後的運維與技術支援，都有完整的設計與因應對策。希望能防範星火於未然，即便發生事故，亦能做到損害控管，將災情控制到最低，避免造成任何人員傷亡，使能源轉型之路更平安順遂。
按：宋郁德，仲裁人、消防師事務所。
參考資料
- 宋郁德，淺談儲能系統的潛在風險與防範，工安簡訊No.25，112年04月12日。
- 宋郁德，電池儲能安全與消防措施，工安簡訊No.37，113年04月08日。
- 楊清榮、王宏遠，儲能系統核保及再保風險評估，簡報資料，113年9月25日。
- 宋郁德，淺談鋰電池風險儲能案場安全建置，電機技師雙月刊，113年10月30日。
- 台達電官網，https://www.deltaww.com/zh-TW/news/energy-storage-security
