中國儲能網(wǎng)訊：
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儲能是建設未來可再生能源高占比能源系統(tǒng)、推動能源綠色轉型發(fā)展的重要裝備基礎和關鍵支撐技術，其具有的雙向功率特性和靈活調節(jié)能力可以有效解決大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)對系統(tǒng)帶來的諸多問題，能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平，未來將在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。然而目前電池型儲能因其本身結構特性，其在使用過程中仍存在較大安全風險，這在一定程度上限制了儲能在電力系統(tǒng)中的應用與發(fā)展。因此，明確電池型儲能電站火災特點并根據(jù)特點完善相應的消防設計具有較強的實際意義。
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鋰電池特點
與其他類電池相比，鋰電池具有相對較高轉換效率以及較長可使用的壽命。得益于技術的快速發(fā)展以及成本的下降，目前鋰電池新增應用規(guī)模遠高于其他種類的電池。但是鋰電池技術的安全問題仍未很好解決，不當?shù)厥褂脮斐呻姵責崾Э?。鋰離子電池熱失控后，電解液導電率升高，內阻減小，發(fā)生劇烈的電化學反應，分解出的可燃氣體如 CO、CH4 等，進一步與空氣混合形成爆炸性混合氣體，遇鋰電池噴射出的高溫顆粒，在局部空間會發(fā)生爆燃，導致起火初期經(jīng)常伴有爆炸聲響，最終造成火災甚至爆炸。如下圖所示：
鋰電池現(xiàn)階段受到關注較多的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，三元鋰電池熱失控溫度較低，發(fā)生火災時電池內部化學反應更為劇烈，反應過程中會產生氧分子，進而加劇易燃氣體的燃燒，甚至可能在極短時間內產生爆燃。韓國多采用三元鋰電池系統(tǒng)，而國內的鋰電池儲能電站基本均為磷酸鐵鋰電池。
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電池系統(tǒng)火災特點
儲能電站電池系統(tǒng)的火災特點如下。燃燒速度快、溫度高，撲滅后復燃性高。電池內部存在大量易燃高能量密度物質，內部一旦出現(xiàn)熱失控，易引起連鎖反應最終引發(fā)火災爆炸。以鋰電池為例，發(fā)生火災后電池的燃燒速度及溫度高于一般電氣設備，最高溫度甚至能夠超過 1000 ℃。撲滅明火后由于電池內部化學反應可能未被終止，出現(xiàn)復燃現(xiàn)象的幾率較高。電池燃燒過程中伴隨大量氣體產生，一方面逸出氣體成分復雜，根據(jù)美國消防協(xié)會（NFPA）發(fā)布的試驗結果表明，在火災初期電池將釋放包括 H2、CO、CH4、苯等在內的大量氣體。其中部分氣體如 H2、CH4 將加速火災發(fā)展，而 CO、苯等有毒氣體將威脅救援人員人身安全。另外以上氣體的逸出速度極快，如果無法得到有效釋放將引起電池包爆炸?；馂谋粨錅邕^程中，即使切斷外界電源，由于電池內部能量的存在，部分電池端將仍存在電壓，對撲救人員人身安全造成威脅。
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消防系統(tǒng)設計方案
儲能電站電池系統(tǒng)火災過程可劃分為 3 個階段，分別為預警階段、遏制階段以及滅火階段。消防系統(tǒng)方案設計應更根據(jù) 3 個階段各自的特點制定具體措施。預警階段應充分利用監(jiān)控裝置信息提供可靠的事故預警。遏制階段則是通過預設的多級防護措施在電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控等初期問題后，盡量將事故控制在小范圍內。而滅火階段則需要依靠提前制定的最為有效的滅火手段降低事故危害及損失。
（1）安全預警
對電池箱內電解液泄露、熱失控數(shù)據(jù)進行全天候、連續(xù)性檢測，形成電池系統(tǒng)工作狀況的完整監(jiān)控，為事故預警提供詳細數(shù)據(jù)，做到問題早發(fā)現(xiàn)，并有效防止事故誤報與漏報的發(fā)生。目前市場上針對儲能消防預警系統(tǒng)的傳感器，除了對常規(guī)的煙霧、一氧化碳、溫度、火焰監(jiān)測外，還可對電池系統(tǒng)熱失控早期預警特殊類氣體如氫氣、苯類氣體進行探測，后臺分析程序則一方面根據(jù)傳感器實時探測結果，判斷當前是否有熱失控發(fā)生的可能；另一方面，則通過對比電池防爆閥打開前后一氧化碳、氫氣等氣體濃度的變化情況，判斷已發(fā)生熱失控電池的狀態(tài)，為儲能電站人員下一步?jīng)Q策行動提供依據(jù)，降低對儲能電站內人員人身安全的威脅。
（2）多級防護
儲能電站內的消防系統(tǒng)可采用多級防護設計形式，分別對電池單元體、電池柜體、儲能集裝箱防護和外部消防防護設置 4 級消防防護。對電池單元體，利用巡檢裝置對每個電池單元體當前狀態(tài)進行檢測，一旦發(fā)生過充或溫度過高可能，防護系統(tǒng)能及時將信息上報至運維人員，判斷是否需采取應急措施防止情況惡化。對電池柜整體，可將預警系統(tǒng)接入電池管理系統(tǒng)后臺，采用聯(lián)動式策略，一旦發(fā)生火災及時切斷電池柜內外電源聯(lián)系，并利用柜內滅火裝置阻止火災發(fā)展。儲能集裝箱防護則在電池單元體、電池柜體內部火災未得到有效控制，火情在集裝箱內部進一步擴大時，及時關閉空調、排風等系統(tǒng)，啟動集裝箱內預先裝設的氣體滅火裝置，阻止火災進一步蔓延。外部消防防護則在火災蔓延趨勢已形成并存在繼續(xù)擴大的情況下，以大量雨淋式水消防來控制火情，為下一步消防救援爭取時間。
（3）火災撲滅
我國尚未形成針對撲滅電池類火災的滅火劑的有效性試驗標準及方法。目前使用較多的滅火劑包括干粉滅火劑、凝膠滅火劑、惰性氣體滅火劑（如二氧化碳）等。很多國家機構對不同類型滅火劑在電池類火災中發(fā)揮作用進行了試驗研究，各類滅火劑滅火特性差別較大。電池系統(tǒng)一旦出現(xiàn)明火后，宜針對火災發(fā)展的各個階段采取不同的撲滅措施?；馂某跏茧A段一般是整個電池火災過程中火焰溫度最高的階段，利用自動滅火裝置噴放氣體滅火劑（如七氟丙烷、全氟己酮）降低鋰電池的火焰強度，將有效控制火災范圍并減小火災損失。此過程需注意適當打開泄壓口，防止由于氣體大量產生造成環(huán)境壓強過大而引起危險。電池起火采用水淹沒的方式可以有效冷卻電池并中和熱威脅，因此，在火災發(fā)生中后期利用大量水或水基型滅火劑進行滅火降溫是較為有效的措施，如果現(xiàn)場條件允許，也可采用水浸沒方式來控制電池火災。
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當前中國可再生能源正處于快速大規(guī)模發(fā)展時期。而在可再生能源發(fā)展中，儲能占據(jù)極其重要的地位。但是目前儲能的安全問題尚未得到妥善解決，本文著重探討了儲能電站電池系統(tǒng)火災特點以及相應的消防設計要點，為儲能電站未來的建設與安全運行提供一定的參考意見。
