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儲能系統(tǒng)消防設(shè)計原則
1、消防設(shè)計應(yīng)貫徹預(yù)防為主，防消結(jié)合的方針、防治和減少火災(zāi)危害，保障人身和財產(chǎn)安全
2、消防設(shè)計應(yīng)根據(jù)電站的不同規(guī)模，各類電池不同特性采取相應(yīng)的消防措施，從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，做到安全適用，技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。
3、電站內(nèi)設(shè)備應(yīng)滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3000立方米，且火災(zāi)危險性為戊類時，可不設(shè)消防給水。（鋰電池為戊類火災(zāi)危險性）
鋰離子電池?zé)崾Э靥卣?/strong>
可燃氣體的泄漏以及化學(xué)反應(yīng)一直伴隨著電池?zé)崾Э氐恼麄€過程。儲能系統(tǒng)中的電池所處的環(huán)境，在正常情況下都相對穩(wěn)定，但是一旦電池產(chǎn)生熱失控，儲能系統(tǒng)中溫度、氣體、光強等參數(shù)一定會產(chǎn)生異常。電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的背景如下圖所示：
圖1 電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的背景
電池?zé)崾Э卦缙谟行У念A(yù)警手段是對氣體進行監(jiān)控，準確地提取出熱失控早期的氣體數(shù)值，氣體探測器的選擇是研究的重點。氣體火災(zāi)探測器選擇下圖所示：
圖2 電池火災(zāi)探測過程
消防系統(tǒng)設(shè)計方案
為了能夠在單個電池出現(xiàn)熱失控時能夠及時準確預(yù)警，在該消防安全系統(tǒng)中采用多級防護機制設(shè)計，即在電池內(nèi)部、電池艙以及封閉式電池簇等各個部分進行分區(qū)探測防護。
鋰離子電池在發(fā)生熱失控時，電解液的泄露可能會導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生間接電擊以及起火等危險事故。通過單體電池內(nèi)的監(jiān)測裝置可以在電解液發(fā)生泄露早期實現(xiàn)對熱失控的有效監(jiān)測和預(yù)警，有效提升系統(tǒng)的預(yù)警功能。
同時在單體電池發(fā)生熱失控時可以通過電池包內(nèi)的探測器有效聯(lián)動滅火系統(tǒng)進行防護處理。對于磷酸鐵鋰電池來說，早期的單體火災(zāi)很容易被撲滅。
消防安全系統(tǒng)采用分級預(yù)警機制和多級安全防護機制，可以有效控制大范圍的火災(zāi)風(fēng)險，保障儲能系統(tǒng)的安全。
3.1 消防安全系統(tǒng)主要組成部件
大容量儲能系統(tǒng)電池艙配置消防預(yù)警及滅火系統(tǒng)，每個電池艙配置可燃氣體探測器及消防預(yù)警主機，提供消防預(yù)警功能；同時每個電池艙配置煙感、溫感探測器、七氟丙烷滅火系統(tǒng)一套，提供消防滅火功能。
1、控制主機?？刂浦鳈C是消防安全系統(tǒng)的核心組件之一，負責(zé)消防安全系統(tǒng)的聯(lián)動，實時分析處理采集到的數(shù)據(jù)提供以太網(wǎng)、CAN、RS485通信網(wǎng)絡(luò)、干接點等通信接口。
2、傳感器。傳感器負責(zé)收集電池溫度、一氧化碳氣體濃度、煙霧濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給主機，對鋰電池?zé)崾Э丶盎馂?zāi)狀況做出綜合判斷。
3、報警設(shè)施。當出現(xiàn)電池?zé)崾Э厣踔粱馂?zāi)險情時，主機能夠通過部署在站內(nèi)和站外的聲光報警器與氣體噴灑指示燈，及時警示工作人員。
4、用戶操作開關(guān)。用戶操作開關(guān)包括了緊急啟動/停止、自動手動狀態(tài)切換開關(guān)。
電池儲能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)框架如下圖所示：
3.2 消防預(yù)警、報警及滅火控制策略
由于電池預(yù)制艙屬于帶電設(shè)備，火災(zāi)發(fā)生后儲能電池在艙內(nèi)燃燒，現(xiàn)階段消防救援采取的策略為“先斷電，后滅火”，因此電池預(yù)制艙在成組布置時，不僅要考慮最大限度避免預(yù)制艙之間的火災(zāi)蔓延，還要保留足夠的消防空間。
滅火系統(tǒng)控制組件在接收到預(yù)警信號或火災(zāi)信號后，根據(jù)既定滅火策略，自動啟動滅火系統(tǒng)，同時關(guān)閉運行中的電氣設(shè)備。
當參內(nèi)巡視人員發(fā)現(xiàn)火情但滅火系統(tǒng)未自動啟動，人員應(yīng)手動啟動滅火設(shè)備。
當艙內(nèi)斷路器拒跳時，經(jīng)維護人員人工監(jiān)視視頻判斷火災(zāi)，通過BMS系統(tǒng)給控制主機發(fā)生斷路器以跳開的信號，控制主機啟動對應(yīng)瓶組容器閥及選擇閥，實現(xiàn)遠程啟動滅火。消防系統(tǒng)滅火策略入下圖所示：
消防系統(tǒng)滅火策略
3.3 儲能艙消防系統(tǒng)具體措施
1、對電池系統(tǒng)、PCS系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)的運行溫度實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)溫度嚴重異常，將提示報警甚至停止運行；
2、設(shè)備和電池艙體、柜體及線纜等設(shè)備的材質(zhì)選用阻燃材料；
3、儲能艙內(nèi)壁選用阻燃金屬巖棉夾芯板，厚度：50mm，耐火極限不小于1h；
4、儲能艙內(nèi)設(shè)置手動\自動一體化滅火系統(tǒng)，滅火介質(zhì)采用七氟丙烷。
5、整個系統(tǒng)采取消防聯(lián)動設(shè)計，當消防控制器發(fā)出報警信號時，PCS、電池、溫控等系統(tǒng)都會停止運行，配合隔離措施降低風(fēng)險以確保消防滅火系統(tǒng)能夠正常滅火。
3.4 七氟丙烷劑量計算
儲能艙內(nèi)安裝七氟丙烷自動滅火系統(tǒng)，全淹沒式。管道敷設(shè)于過頂部間隔分布，使氣體噴放更快速和均勻。
七氟丙烷滅火設(shè)計用量計算公式如下：
