中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州召開。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中245家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日上午，國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院技術(shù)專責(zé)黃興華受邀在儲(chǔ)能安全與消防系統(tǒng)專場分享了主題報(bào)告，報(bào)告題目為《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控精準(zhǔn)防護(hù)技術(shù)研究 》。以下是報(bào)告主要內(nèi)容：
黃興華：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家，大家上午好！
我是來自國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)院的黃興華，今天我匯報(bào)的題目叫做“電化學(xué)儲(chǔ)能熱失控精準(zhǔn)防護(hù)技術(shù)研究”。這一方面的研究，我們結(jié)合課題組2019年以來所牽頭的兩個(gè)科技項(xiàng)目來開展，我今天匯報(bào)的主要內(nèi)容，首先是簡單介紹一下現(xiàn)有防護(hù)方案的不足，以此為基礎(chǔ)介紹一下課題組所提出的精準(zhǔn)防護(hù)方案。緊接著介紹一下在這個(gè)方案當(dāng)中我們所采用的消防策略，最后再介紹一下相關(guān)的示范工程。
首先說一下現(xiàn)有的防護(hù)方案不足，當(dāng)前存在的問題是鋰離子電池目前沒有危險(xiǎn)化學(xué)品歸類，也沒有明確的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類。在去年年底的新國標(biāo)42288發(fā)布之前，已有的防火設(shè)計(jì)規(guī)范沒有給出相關(guān)防火滅火的技術(shù)要求。所以目前儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)還有施工建設(shè)當(dāng)中仍然采用傳統(tǒng)的純淹沒式的滅火方式，沒有針對(duì)電池模組進(jìn)行燃燒撲滅效果的驗(yàn)證，也沒有有效的針對(duì)抑制復(fù)燃的措施。比如大家看到這個(gè)圖上的儲(chǔ)能電站，當(dāng)一個(gè)電箱發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，由預(yù)制艙或者站房頂部的消防管路統(tǒng)一進(jìn)行噴淋，進(jìn)行淹沒式消防。
這樣存在的問題是不能重點(diǎn)針對(duì)著火的區(qū)域，滅火的效率比較低，事故的影響會(huì)比較大，事故造成的損失也會(huì)比較大，對(duì)環(huán)境的影響也比較大。針對(duì)現(xiàn)有的不足，接下來介紹一下課題組所提出的精準(zhǔn)防護(hù)方案。
首先說一下總體的架構(gòu)，總體架構(gòu)分成兩個(gè)層級(jí)，一個(gè)是電池箱的層級(jí)，一個(gè)是預(yù)制艙的層級(jí)，這里以預(yù)制艙為例，站房式的儲(chǔ)能電站可以類推。左邊這張圖就是電池箱層級(jí)的消防方式，火探管伸入到電池箱的內(nèi)部，布置在防爆閥的上方，對(duì)電池單元進(jìn)行精確定點(diǎn)的滅火。右邊是預(yù)制艙層級(jí)的消防方式，這個(gè)是傳統(tǒng)的全淹沒式的消防方案，作為第一個(gè)層級(jí)的后備。兩個(gè)層級(jí)相互配合、相互聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電池模組的精確滅火還有多層級(jí)的聯(lián)動(dòng)與后備。
首先說一下第一個(gè)層級(jí)電池箱，對(duì)于電池箱而言，內(nèi)部的消防管路采用火探管的方案，火探管直接布置到每一個(gè)電池的防爆閥的上方，管路是采用低熔點(diǎn)的材料制成的，150度的熔點(diǎn)。當(dāng)電芯發(fā)生熱失控的時(shí)候，防爆閥開啟，內(nèi)部的消防管路會(huì)被熔化，內(nèi)部的壓力傳感器也接受到信號(hào)，啟動(dòng)電池箱層級(jí)滅火，進(jìn)行精確的滅火。在撲滅明火之后，會(huì)持續(xù)噴射復(fù)燃抑制劑，對(duì)電池進(jìn)行抑制復(fù)燃，消防劑跟復(fù)燃抑制劑共用管路。
再說一下預(yù)制艙層級(jí)，預(yù)制艙層級(jí)作為后備的手段，當(dāng)電池箱層級(jí)的消防不能將明火撲滅，或者出現(xiàn)復(fù)燃的時(shí)候，火災(zāi)會(huì)蔓延到預(yù)制艙，這個(gè)時(shí)候預(yù)制艙頂部會(huì)噴出消防劑進(jìn)行滅火。
說一下兩個(gè)消防層級(jí)之間的聯(lián)動(dòng)，首先當(dāng)電芯發(fā)生熱失控的時(shí)候，電芯產(chǎn)生的高溫氣體首先會(huì)熔化電池箱層級(jí)的火探管，管道的壓力急劇下降，觸發(fā)電池箱管路的消防。如果熱失控進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生的高溫?zé)煏?huì)從泄爆閥噴出，到達(dá)預(yù)制艙的內(nèi)部，并被預(yù)制艙內(nèi)部的傳感器探測到，并且這個(gè)層級(jí)的消防會(huì)接收到前一個(gè)層級(jí)啟動(dòng)信號(hào)，從而觸發(fā)預(yù)制艙層級(jí)七氟丙烷的消防，對(duì)整個(gè)預(yù)制艙進(jìn)行消防。
在第二部分我們講了整個(gè)消防的架構(gòu)，分成兩個(gè)部分，以及這兩個(gè)部分之間的聯(lián)動(dòng)。下面第三部分精準(zhǔn)防護(hù)策略，這部分主要是講一下在電池箱消防層級(jí)，我們所采用的消防策略。主要講一下我們采用什么樣的滅火劑，并且怎么樣使用滅火劑。
在這一節(jié)討論的滅火劑指的是電池箱的滅火，預(yù)制艙層級(jí)的滅火是傳統(tǒng)全淹沒式方案，這里不進(jìn)行討論?，F(xiàn)有文獻(xiàn)當(dāng)中也有很多針對(duì)鋰離子火災(zāi)燃燒的相關(guān)試驗(yàn)，通過這些研究可以發(fā)現(xiàn)在滅火之后雖然鋰離子電池的明火被撲滅，但是內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)還十分活躍，當(dāng)溫度上升到臨界溫度以上，還是會(huì)引發(fā)復(fù)燃，并且引發(fā)鄰近電池發(fā)生連鎖反應(yīng)。
為了抑制復(fù)燃，就需要對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)的降溫，所以防護(hù)策略的關(guān)鍵所在，一個(gè)就是要撲滅明火，一個(gè)是持續(xù)進(jìn)行降溫。根據(jù)前面所說的要撲滅明火，并且持續(xù)降溫，這兩個(gè)缺一不可的兩個(gè)目標(biāo)，根據(jù)這樣一個(gè)目標(biāo)，項(xiàng)目組尋找滅火劑。我們比對(duì)常見一些滅火劑的特點(diǎn)，初步考慮采用全氟己酮的方案，全氟己酮在滅火的過程當(dāng)中會(huì)汽化，起到降溫的作用，也會(huì)起到窒息的作用。并且通過中斷燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行撲滅火災(zāi)。
對(duì)于全氟己酮的滅火效果，項(xiàng)目組進(jìn)行了滅火的實(shí)驗(yàn)，梳理了在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。首先這種滅火劑在一開始可以撲滅電池的明火，但是在1035秒的時(shí)候，電池就發(fā)生了復(fù)燃，可以得到這樣一個(gè)結(jié)論，這樣一種滅火劑可以撲滅明火，但是大部分的全氟己酮汽化的過程當(dāng)中，由于汽化，沒有辦法對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)的降溫，所以電池仍然是存在復(fù)燃的風(fēng)險(xiǎn)。
由于全氟己酮存在這樣一個(gè)缺陷，能夠撲滅明火，但是它快速的汽化，沒有辦法做到持續(xù)降溫，項(xiàng)目組繼續(xù)尋找相關(guān)的滅火劑，我們還是從常用的滅火劑入手，比如說二氧化碳、氮?dú)獾?、?xì)水霧等滅火劑，他們降溫的效果不錯(cuò)，但是也都存在一些缺陷。比如二氧化碳跟氮?dú)庥捎谠趪姵龅倪^程當(dāng)中，由于急速冷凍的作用，會(huì)把消防管路給堵住。細(xì)水霧的降溫效果比較好，但是它的耗水量比較大，撲救的時(shí)間比較長，并且比較難以做到去離子，存在導(dǎo)電的缺陷。由于存在這些缺陷，項(xiàng)目組繼續(xù)尋找，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，可以用于鋰離子電池火災(zāi)撲滅的液體滅火劑，有RH01這樣一種滅火劑。RH01是項(xiàng)目組自研的高分子聚合物，有低表面張力、抗氧化、抗腐蝕、不燃、無毒、高溫穩(wěn)定的優(yōu)良性能，并且可以對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)的降溫。
這里最看重的特點(diǎn)是高溫穩(wěn)定，并且可以對(duì)電池進(jìn)行降溫。但是它也是有缺陷，具有粘性，它的噴射效果不太好，是近似于以漫灌的方式流入到電池箱當(dāng)中。對(duì)于RH01這種滅火劑，我們項(xiàng)目組也是進(jìn)行了相關(guān)的滅火實(shí)驗(yàn)，也是梳理了實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的一些現(xiàn)象，可以看到它可以撲滅明火，也可以降低電池的溫度，起到抑制復(fù)燃的效果。
可以得到這樣一個(gè)結(jié)論，這樣一種滅火劑可以對(duì)電池持續(xù)降溫、抑制復(fù)燃，但是它本身具有粘性，進(jìn)入電箱的速度比較慢，不適合應(yīng)對(duì)突發(fā)明火。有時(shí)候鋰電池的火災(zāi)發(fā)展非常迅速，這個(gè)滅火劑進(jìn)入電箱的速度比較慢，相對(duì)來說不太適合應(yīng)對(duì)突發(fā)的明火。
到這里我們項(xiàng)目組通過前面兩組實(shí)驗(yàn)可以初步得出這樣一個(gè)結(jié)論，首先是全氟己酮可以撲滅電池的明火，但是不能對(duì)電池進(jìn)行降溫，再就是RH01滅火劑可以對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)降溫，但是存在粘性，不適合應(yīng)對(duì)突發(fā)明火。到這里項(xiàng)目組考慮綜合利用這兩種滅火劑，讓這兩種滅火劑配合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。如何優(yōu)勢互補(bǔ)？同樣存在兩種方案，一種是兩種滅火劑同時(shí)噴的方案，再來是先噴射全氟己酮來撲滅電池明火，再噴射RH01對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)降溫。首先考慮同時(shí)噴的話，這種方案其實(shí)不可行，因?yàn)镽H01具有粘性，它的噴射效果會(huì)比較差，近似以漫灌的方式來進(jìn)入到電池箱當(dāng)中。由于管路共用，如果你是同時(shí)噴的話，壓力大的會(huì)先噴出，因此也是一前一后的方式噴出。我們考慮第二種共用的方案，先噴射全氟己酮來撲滅電池的明火，再噴射RH01對(duì)電池進(jìn)行降溫，對(duì)于這個(gè)方案，項(xiàng)目組也是進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以得到這樣一個(gè)結(jié)論。先噴射氣體滅火劑，就是全氟己酮這樣的滅火劑來撲滅電池的明火，再噴射復(fù)燃抑制劑RH01對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)降溫，可以起到抑制復(fù)燃的作用。
以上是整體消防的架構(gòu)方案，以及我們?cè)诰珳?zhǔn)防護(hù)層級(jí)當(dāng)中所采用的消防策略，下面講一下相關(guān)的示范工程。這一項(xiàng)熱失控精準(zhǔn)防護(hù)技術(shù)在福建某海島微電網(wǎng)當(dāng)中的1MW/2MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)中進(jìn)行示范應(yīng)用，在2021年投運(yùn)。這個(gè)微電網(wǎng)在建設(shè)之初，是為了提高當(dāng)?shù)氐墓╇娍煽啃?，并且消納當(dāng)?shù)氐男履茉矗㈦娋W(wǎng)當(dāng)中配置了這么一套儲(chǔ)能，我們的項(xiàng)目技術(shù)就在這套儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行示范應(yīng)用。
這一套儲(chǔ)能系統(tǒng)的電箱級(jí)別的消防技術(shù)，以及PPT當(dāng)中沒有講到的液冷熱管理技術(shù)，都是在國內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中首次采用，這里給出了現(xiàn)場一些圖片，包括左邊火探管的圖片和右邊消防罐的圖片。另外熱失控精準(zhǔn)防護(hù)技術(shù)也在2022年5月份，在福建某景區(qū)的微電網(wǎng)當(dāng)中一套630kW/709kWh的一套小儲(chǔ)能當(dāng)中得到了示范應(yīng)用。這一套小儲(chǔ)能也是采用兩級(jí)消防架構(gòu)，電箱層級(jí)之上有預(yù)制艙的層級(jí)作為一個(gè)后備，也是兩級(jí)的消防架構(gòu)。
以上是我今天匯報(bào)的全部內(nèi)容，我主要介紹我們課題組在針對(duì)已有防護(hù)方案的不足基礎(chǔ)上提出的精確消防方案，并且在精確防護(hù)的方案當(dāng)中所采用的滅火策略，最后介紹一下相關(guān)的示范工程，謝謝。
