鋰離子電池儲(chǔ)能電站消防安全設(shè)計(jì)探討摘要：結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對(duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，分析儲(chǔ)能電站的火災(zāi)危險(xiǎn)，性，對(duì)儲(chǔ)能電站的消防設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，結(jié)合工作實(shí)際提出消防安全措施和滅火救援注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能電站；消防設(shè)計(jì)；安全措施1、調(diào)研情況筆者實(shí)地調(diào)研了所在城市的4座儲(chǔ)能電站（1座在建，3座已建成），3座已建成的電站系統(tǒng)接入電壓等級(jí)為10kV，其中，2座儲(chǔ)能介質(zhì)為磷酸鐵鋰電池，儲(chǔ)能電站功率/容量分別為0.5MW/0.5MW?h和2MW/1.347MW?h;1座儲(chǔ)能介質(zhì)為三元鋰電池，儲(chǔ)能電站功率/容量為0.5MW/1.717MW?h。3座電站均為單層建筑，設(shè)有電池能量管理系統(tǒng)（BMS）。消防設(shè)施方面，3座儲(chǔ)能室內(nèi)均設(shè)有七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)、應(yīng)急照明燈和疏散指示系統(tǒng)等；整個(gè)儲(chǔ)能室均使用防火、防爆設(shè)備，包括防爆墻板、防爆燈器具、防爆空調(diào)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能室在消防安全方面主要存在以下問(wèn)題：1.部分儲(chǔ)能電站未設(shè)置消火栓系統(tǒng)，且市政消防系統(tǒng)未能覆蓋。2.部分儲(chǔ)能電站未設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)裝置。3.其中一座電站儲(chǔ)能室未設(shè)置主動(dòng)式氣體滅火系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置懸掛式七氟丙烷滅火裝置）。4.通風(fēng)裝置設(shè)置不符合要求，僅設(shè)置1套防爆型通風(fēng)裝置，未在下部設(shè)置通風(fēng)口，每分鐘總排風(fēng)量較小。2、儲(chǔ)能電站火災(zāi)危險(xiǎn)性分析近年來(lái)，儲(chǔ)能已在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前，我國(guó)已是全球最大電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用市場(chǎng)，不少業(yè)內(nèi)人士表示，未來(lái)10年的下一個(gè)確定性藍(lán)海行業(yè)就是儲(chǔ)能市場(chǎng)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同可以將儲(chǔ)能分為物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和其他儲(chǔ)能方式。其中，電化學(xué)儲(chǔ)能是近年來(lái)發(fā)展迅速的儲(chǔ)能類(lèi)型，其分類(lèi)較多，特點(diǎn)都不盡相同，主要技術(shù)指標(biāo)有：比能量、功率密度、系統(tǒng)壽命、全生命周期的成本和收益、安全等方面。目前主要包括鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛蓄電池儲(chǔ)能和液流電池儲(chǔ)能。其中鋰離子電池具有循環(huán)特性好、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，是目前電化學(xué)儲(chǔ)能中主要的儲(chǔ)能方式，在全球電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。截止2020年底，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量達(dá)到14.25GW，其中鋰離子電池儲(chǔ)能占比高達(dá)92%；鈉硫電池和鉛蓄電池分別占比3.6%、3.5%；其他儲(chǔ)能方式作為電化學(xué)儲(chǔ)能多元發(fā)展的一部分，占比僅為1%。鋰離子電化學(xué)儲(chǔ)能電站的發(fā)展己勢(shì)不可擋。鋰離子電池儲(chǔ)能電站是國(guó)內(nèi)外布局?jǐn)?shù)量最多的儲(chǔ)能電站，自2017年以來(lái)，國(guó)外陸續(xù)出現(xiàn)30多起火災(zāi)事故，我國(guó)境內(nèi)也曾發(fā)生過(guò)數(shù)起電站火災(zāi)，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)等重大損失，引發(fā)社會(huì)對(duì)儲(chǔ)能火災(zāi)安全問(wèn)題的廣泛關(guān)注。鋰離子電池目前有兩種主流形式，分別是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰正極材料本身的熱穩(wěn)定性比三元鋰更好，在500攝氏度以內(nèi)，都有著極高的穩(wěn)定性，超過(guò)800攝氏度時(shí)才會(huì)發(fā)生熱失控，即便發(fā)生熱失控，磷酸鐵鋰電池的放熱也非常緩慢，且分解時(shí)不會(huì)釋放氧氣，減少了起火的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，三元鋰電池在300攝氏度左右就開(kāi)始溶解了，在近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的火災(zāi)事件中，確實(shí)也是三元鋰電池占據(jù)更大比例，占比近80%。即便磷酸鐵鋰在安全性方面優(yōu)勢(shì)明顯，但依然會(huì)存在熱失控的現(xiàn)象，當(dāng)磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)，電解液中會(huì)析出很多易燃易燃爆的氣體，如一氧化碳、氫氣、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，這些氣體與空氣混合形成了爆炸性混合物，當(dāng)達(dá)到爆炸極限時(shí)遇火源即會(huì)發(fā)生劇烈爆炸。3、建議采取的消防安全措施現(xiàn)行的針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51048-2014）《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)規(guī)范》（T/CEC373-2020）《小型電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全技術(shù)要求》（T/CSAE88-2018），上述標(biāo)準(zhǔn)涉及的消防方面的主要內(nèi)容包括建筑耐火等級(jí)、消防給水、疏散、滅火器設(shè)置、報(bào)警系統(tǒng)等，從調(diào)研了解的情況看，儲(chǔ)能電站目前一般設(shè)置可報(bào)警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等消防設(shè)施。參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)案例，結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)施的防火設(shè)計(jì)擬提如下建議：（1）儲(chǔ)能設(shè)施防火設(shè)計(jì)總的原則是：充分考慮火災(zāi)、爆炸情形，最大限度地控制成災(zāi)，滅火設(shè)施充分考慮滅火、抑爆以及泄壓。（2）儲(chǔ)能設(shè)施與甲類(lèi)生產(chǎn)建筑不小于12m；與乙類(lèi)生產(chǎn)建筑不小于10m；與丙、丁、戊類(lèi)生產(chǎn)建筑且耐火等級(jí)為一、二級(jí)的不小于10m；與丙、丁、戊類(lèi)生產(chǎn)建筑且耐火等級(jí)為三級(jí)的不小于12m；與其他生活建筑耐火等級(jí)為一、二級(jí)的不小于10m，耐火等級(jí)為三級(jí)的不小于12m。（3）儲(chǔ)能設(shè)施所屬項(xiàng)目區(qū)域應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)供消防車(chē)輛進(jìn)出的出入口；消防車(chē)道宜布置成環(huán)形，不具備條件的，應(yīng)設(shè)回車(chē)道或回車(chē)場(chǎng)，消防車(chē)道與建筑物之間不應(yīng)設(shè)置妨礙消防車(chē)操作的樹(shù)木、架空管線等障礙物，回車(chē)道或回車(chē)場(chǎng)不得占用。（4）儲(chǔ)能設(shè)施應(yīng)單層布置，宜采用戶內(nèi)布置。當(dāng)采用預(yù)制艙式布置時(shí)，預(yù)制艙與圍墻的間距不宜小于5m，當(dāng)小于5m時(shí)應(yīng)采用實(shí)體圍墻，實(shí)體圍墻高度不應(yīng)低于電池預(yù)制艙外廓。（5）站內(nèi)建筑物耐火等級(jí)不低于二級(jí)、體積不超過(guò)3000m3且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類(lèi)時(shí)可不設(shè)消防給水；不滿足條件時(shí)應(yīng)設(shè)置消防給水系統(tǒng)°10MW?h及以上的儲(chǔ)能電站（儲(chǔ)能設(shè)施所屬項(xiàng)目區(qū)域）應(yīng)配置消防給水及消火栓系統(tǒng)；其他規(guī)模的儲(chǔ)能電站宜設(shè)置消防給水及消火栓系統(tǒng)。（6）10MW-h及以上的儲(chǔ)能電站電池艙（室）應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；小微型儲(chǔ)能電站宜設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。（7）要結(jié)合電池屬性、釋放氣體屬性，設(shè)置有針對(duì)性的、閾值范圍適合的可燃（有毒）氣體探測(cè)裝置；氣體探測(cè)裝置應(yīng)能聯(lián)動(dòng)斷開(kāi)艙級(jí)斷路器、簇級(jí)繼電器。（8）現(xiàn)階段儲(chǔ)能電站一般采用七氟丙烷等氣體滅火裝置，一旦起火后，通過(guò)氣體隔絕氧氣來(lái)實(shí)現(xiàn)滅火，但無(wú)法使電池降溫，遇有外部氧氣進(jìn)入，就易引起電池復(fù)燃，且電池燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、甲烷等易燃易爆氣體，電池復(fù)燃后仍有可能引發(fā)爆炸。因此，儲(chǔ)能電站滅火設(shè)施優(yōu)先考慮設(shè)置細(xì)水霧系統(tǒng)。從各類(lèi)滅火試驗(yàn)結(jié)果看，細(xì)水霧系統(tǒng)滅火效果要好于氣體滅火系統(tǒng)。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，是增加單位體積水微粒的表面積。水微粒子化以后，即使同樣體積的水，也可使總表面積增大。而表面積的增大，更容易進(jìn)行熱吸收，冷卻燃燒反應(yīng)。吸收熱的水微粒容易汽化，體積增大約1700倍。由于水蒸汽的產(chǎn)生，既稀釋了火焰附近氧氣的濃度，窒息了燃燒反應(yīng)，又有效地控制了熱輻射。可以認(rèn)為，細(xì)水霧滅火主要是通過(guò)高效率的冷卻與缺氧窒息的雙重作用。此外，還可以通過(guò)控制水霧微粒的大小，起到一定的電氣絕緣性，進(jìn)一步提升安全性。（9）儲(chǔ)能設(shè)施內(nèi)部應(yīng)至少設(shè)置2套防爆型通風(fēng)裝置，排風(fēng)口至少上下各1處，每分鐘總排風(fēng)量應(yīng)不小于預(yù)制艙（室）容積；通風(fēng)裝置應(yīng)與可燃?xì)怏w探測(cè)裝置聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)；空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)裝置中的管道、風(fēng)口及閥門(mén)等組件采用不燃材料制作。（10）針對(duì)當(dāng)前沒(méi)有既能滅火、又能控制復(fù)燃（熱失控）的滅火劑，有條件的單位可以考慮增設(shè)液氮滅火裝置。液氮滅火具有降溫快，引入水分少，隔絕氧氣的特點(diǎn)，通過(guò)液氮在空氣中氣化，降低燃燒物周?chē)沫h(huán)境溫度，使空氣中的氣態(tài)水分子凝結(jié)成水蒸氣或小水珠，同時(shí)隔離和空氣中的氧氣，達(dá)到降溫及隔離滅火的目的。4、滅火救援注意事項(xiàng)在做好個(gè)人防護(hù)的前提下，針對(duì)磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池救援現(xiàn)場(chǎng)處置提出如下建議：（1）確認(rèn)人員疏散。疏散圍觀人群，做好安全警戒。（2）確保斷電，切斷儲(chǔ)能電池所有電源及周?chē)娫矗ㄅ摷?jí)斷路器、簇級(jí)斷路器、相鄰電池艙、PCS、變壓器等上級(jí)電源），特別是處置密閉儲(chǔ)能艙內(nèi)的火災(zāi)，必須了解電池的起火部位。（3）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，降低可燃?xì)怏w濃度。（4）啟動(dòng)固定滅火系統(tǒng)。在不破壞著火空間環(huán)境下，優(yōu)先啟動(dòng)固定滅火系統(tǒng)（細(xì)水霧），將燃燒限制在發(fā)生故障的電池簇內(nèi)。如是七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)戒備，隨時(shí)注意艙內(nèi)復(fù)燃、爆燃；如未設(shè)置固定滅火系統(tǒng)，可能時(shí)盡量快速打開(kāi)艙門(mén)，對(duì)艙內(nèi)進(jìn)行噴水霧降溫。（5）對(duì)相鄰設(shè)備降溫保護(hù)，同時(shí)采用物理降溫方法，對(duì)相鄰電池艙、設(shè)備進(jìn)行降溫保護(hù)。（6）持續(xù)降溫防止復(fù)燃。對(duì)于磷酸鐵鋰