破解海运锂电安全困局

来源:中国能源网2026年02月26日 17:48

风险管理

海运及港口运营本身带有固有的风险属性。考虑到燃油补给、货物装卸、设备操作以及潜在危险品存储等多个环节中存在的复杂危险因素,完全消除风险既不现实也不可能。因此,本分析的目的并非追求风险的彻底消除,而在于识别并界定一个在现实中可接受且切实可行的风险水平。通过对风险进行系统量化,管理者能够更科学地分配资源,从而实现对关键风险点的精准管控。

定量风险管理框架贯穿于锂离子电池的整个生命周期。该方法会综合考虑电池在不同状态(如存储、运输、充电、使用、废弃)下的各类危险因素,并对其进行系统的分级与评估。

对于海运行业,定量风险管理应重点关注以下与锂离子电池相关的关键环节:

船舶推进系统:使用锂离子电池作为船舶动力的能源。

储能系统操作:船上相关储能系统的充电与放电过程。

电池货物运输:各类含锂离子电池产品(包括消费电子产品及电子废弃物)的海上运输。

港口作业设备:在港口用于货物搬运的电动机械与车辆,例如叉车、集装箱搬运车等。

风险评估

通过严谨、正式且系统化的方法进行危险识别。该方法能够在方案落地前,预先评估潜在后果并制定必要的缓解策略,从而有助于实现资源的有效优先配置。

MIL-STD-882E标准(如下图所示)详细阐述了这一流程,其目的在于系统识别引入新型锂离子电池相关危险后,可能导致的结果及其发生的可能性。在采取任何缓解措施前,需首先记录并确定风险的“初始风险等级”。随后,基于此提出针对性的缓解建议,并在相关措施实施后对风险进行重新评估,以确定“剩余风险”水平。

缓解措施

针对锂离子电池相关风险的防控策略正处于持续演进之中。在更具约束力的标准与法规尚待完善的现阶段,积极采纳并实施行业公认的最佳实践,已成为普遍采用的核心应对方式。海运作业中涉及的锂离子电池风险,可系统性地归纳为以下四大核心类别,每一类均需采取针对性的缓解措施:

1. 船舶动力储能系统(用于推进)

2. 含锂离子电池产品(包括消费电子及电子废弃物)

3. 电动汽车运输

4. 电动工业设备(港口作业机械等)

尽管不同类别的风险防控在原则与基础措施上存在共性,但基于其各自的应用场景与风险特性,仍需制定并实施特定的缓解策略。下文将对此展开具体阐述。

用于推进的锂离子储能系统

为船舶推进提供巨大动力,高度依赖大容量的储能系统。针对此类大规模储能系统发生灾难性失效的防控,通常需要投入大量的资金与专业化设施。

尽管 NFPA855标准并非为船用环境设计,但其核心安全理念,例如要求室内储能系统采用限容式的独立电池柜,在海运场景中仍具有重要参考价值。将这一策略应用于船舶的密闭空间,能够有效限制该区域内存储的总能量,从而控制潜在风险。

具体而言,实施能量限制意味着电池系统将由多个分散布置在可用区域内的小型模块构成,而非采用集中式的大型电池组。这种分散化布置有助于降低局部区域的火灾负荷,并使灭火等应急响应措施更具针对性。相较之下,其他一些储能标准(如部分建筑规范)则侧重于规定电池组之间必须保持一定的“安全间距”,其目的既是为了防止热量过度积聚,也是为了阻断单个电池失效可能引发的热失控连锁反应。

此外,在船舶上配备如 AFFF泡沫或细水雾等经过验证的专用锂离子电池灭火系统,对于控制火势蔓延速率、抑制有毒可燃蒸汽的释放至关重要。此类系统必须经过严格的设计与测试,以确保其不仅适用于该环境,且具备足以抑制热失控的持续冷却能力。同时,系统设计还必须充分考虑灭火介质的导电性可能带来的额外电击风险,以及对高压系统的有效隔离。

含锂离子电池产品和电子垃圾

新产品中的锂离子电池本身故障率并不高,但市场上含此类电池的产品种类极为繁多,这为相关风险的管控带来了显著挑战,主要体现在两方面:

1. 产品的准确识别:精准辨别哪些物品内含锂离子电池。

2. 流程的全程追踪:在运输与存储全过程中对其进行有效监控。

尽管联合国及美国交通部的法规要求相关产品必须强制张贴标识,但在实际操作中,标识不清或标签缺失的情况仍十分常见。手机、电动滑板车或自行车等物品的电池相对容易识别,但许多其他商品,如集成了灯光、音响和充电功能的背包等日常用品,其内部可能使用了无明确标识的锂电池。

上述规定同样适用于已报废、转为电子垃圾或进入回收流程的锂电池。这类电池必须额外加注"废弃物”或“存在缺陷”等标识,以警示其发生灾难性失效的风险已大幅升高。要降低失效频率,核心策略之一是在整个物流链中对含锂电池产品实施严格的审计与全程追踪。提单信息遗漏或标签错误,都极易导致货物被误操作或不当处置。

在降低事故后果方面,常用策略包括限制设备的荷电状态。然而,关于何种电量水平能提供最低风险,目前行业数据仍存在矛盾,尚无定论。此外,小规模的主动防控手段(如专用灭火器)若应用及时,也能有效控制初期火情。对锂电池产品实施局部集中存储,有助于在运输期间配套部署额外的自动灭火系统。同时,被动防火措施同样关键,例如设置防火分区、使用指定耐火容器,以及采取隔离策略(确保锂电池存储区远离其他易燃易爆物)。

锂离子电动汽车运输

在运输含有锂离子电池的电动汽车时,原则上应严格遵循制造商的技术建议。然而,关于电动汽车的长期存储及电池的安全管理,各方的指导建议却存在矛盾。

例如:特斯拉ModelY车主手册建议,若车辆需闲置数周,应保持插电状态,否则系统日耗电可能导致荷电状态(S0C)下降高达1%。福特建议在存储期间将电池S0C保持在50%。宝马则建议停放时S0C应处于30%至50%之间,且严禁连接充电电缆。鉴于海运过程中无法保持充电连接,且车辆必须保留一定电量以供港口调度,行业亟需统一的标准来解决这些分歧。国际航空运输协会(1ATA)在相关指导文件中建议:运输时锂离子电池的SOC不应超过额定容量的30%。这一低电量状态既限制了诱发热失控的初始能量,又能确保车辆具备基本的移动能力。遗憾的是,并非所有航运商都采纳此标准,部分甚至要求车辆充电至100%。

在灭火措施方面,灭火毯曾被认为是对抗电动汽车火灾的有效手段。但美国国家消防协会(NFPA)近期指南指出,灭火毯虽能扑灭明火,但电池内部积聚的热量仍可能产生易燃蒸汽,若被困在毯下,反而存在爆炸风险。因此,应对大规模储能风险时,必须对灭火等应急策略进行全面评估。

为降低事故后果,应将电动汽车存放于独立区域,远离可燃物及关键作业区。同时,设立一个远离其他物体的安全“临时堆放区”,以便在发生事故时迅速移置失效车辆,是防止火势蔓延、控制风险升级的有效手段。

锂离子动力工业设备

针对锂电池驱动的工业动力设备,其核心风险管控原则与电动汽车大体相同。然而,工业设备在日常:运营中存在显著差异:充放电循环极为频繁,且常在复杂工况下作业,相比处于静态存储的电动汽车,其遭受撞击、挤压等物理损伤的概率也更高。

因此,相关的风险缓解措施需更具针对性:充电区管理:充电站点必须设置于远离其他设施及核心作业区的独立位置。在充电区加装专用的自动灭火系统,是降低此类高风险作业环节潜在后果的有效手段。

车载主动防护:相比通用型手提灭火器,为设备:配备车载自动火灾抑制系统能更直接、快速地遏制初期热失控蔓延。这类系统必须根据具体的设备型号与工况进行定制化设计与验证,仅配置通用的ABC类干粉灭火器通常难以有效应对电池火灾。

分级防护要求:以电动叉车为例,应优先考虑配备集成式的自动火灾抑制系统。对于更大型的工业设备,则应强制要求安装车载火灾探测器及与之联动的主动式灭火装置。同时,所选用的灭火药剂必须具备针对性,确保能有效抑制由电池储能系统失效引发的特种火灾。

应急响应和一线工人培训

制定并有效执行应急响应预案(ERP),是降低锂离子电池安全风险的一项高效且经济的关键举措。预案编制必须系统评估引入锂电池技术所带来的新型致灾因素,并针对潜在突发状况设计具体、有效的控制措施,以最大程度地减轻事故后果。预案的覆盖范围需全面,应包含从大规模的电动汽车或工业设备火灾,到小规模含锂电池商品火情的各类场景。为此,强烈建议采取以下措施:

开展专项培训与演练:对一线应急人员进行现场专项培训,并定期组织强制性的船上应急演练。实践证明,通过模拟真实事故场景进行演练,能显著提升团队的实战响应与风险控制能力。强化基层风险意识:加强对所有基层员工的锂电安全基础教育,使其掌握识别电池鼓胀、异味、异常发热等早期隐患的能力。这是实现早期干预、防止险情扩大与事故升级的关键防线。

安全认证

安全与安保认证(SSC)流程是系统记录设施变更及新组件引入情况的有效管理工具。在美国公共交通等行业,该流程已被广泛用于对安全风险进行前瞻性主动管理。它基于安全管理体系(SMS)的核心原则,构建了一套用于识别、评估及缓解风险的标准化程序。通过执行该流程,相关责任方能够落实既定的风险管理要求,确保各项安全隐患与风险处于受控状态,并最终根据安全目标将其降低至可接受的水平。

SSC流程的核心价值在于,它要求在任何项目实施之前,对其“安全就绪状态”进行系统性预审。这涉及对系统全生命周期(包括需求定义、设计研发、施工建设、运营维护直至报废处理)中各项风险防控措施的有效性进行验证与确认。美国公共交通协会(APTA)特别警示:若子系统或关键部件未能满足预设的安全与安保目标,新建或改建的安全关键系统就可能导致严重的伤亡事故或重大财产损失。因此,各机构必须采用正式的、自上而下的系统化模式来管控安全与安保风险。

SSC流程的实施通常推荐以下十个步骤:

1. 识别可认证要素

2. 制定安全和安保设计标准

3. 制定并完成设计标准符合性检查表

4. 执行施工规范符合性检查

5. 识别额外的安全和安保测试要求

6. 执行支持SSC计划的测试和验证

7. 管理SSC计划的集成测试

8. 管理SSC计划中的“未决项”

9. 验证运营准备情况

10. 最终确定项目就绪状态,颁发安全与安保认证

结论

随着锂离子电池技术的广泛应用和全球电气化进程加速,预计其发生灾难性失效的频率将有所增加。目前,针对海运及港口作业中锂电池安全的强制性法规仍不完善,甚至存在明显的监管空白。在相关规范体系健全之前,在全设施范围内开展系统性的风险评估,并深入汲取历史事故的经验教训,是当前阶段管控安全风险最为务实和有效的路径。

【责任编辑:王少晨】

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