中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
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儲(chǔ)能是建設(shè)未來(lái)可再生能源高占比能源系統(tǒng)、推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要裝備基礎(chǔ)和關(guān)鍵支撐技術(shù)，其具有的雙向功率特性和靈活調(diào)節(jié)能力可以有效解決大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的諸多問(wèn)題，能夠顯著提高風(fēng)、光等可再生能源的消納水平，未來(lái)將在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。然而目前電池型儲(chǔ)能因其本身結(jié)構(gòu)特性，其在使用過(guò)程中仍存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，這在一定程度上限制了儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展。因此，明確電池型儲(chǔ)能電站火災(zāi)特點(diǎn)并根據(jù)特點(diǎn)完善相應(yīng)的消防設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。
02
鋰電池特點(diǎn)
與其他類電池相比，鋰電池具有相對(duì)較高轉(zhuǎn)換效率以及較長(zhǎng)可使用的壽命。得益于技術(shù)的快速發(fā)展以及成本的下降，目前鋰電池新增應(yīng)用規(guī)模遠(yuǎn)高于其他種類的電池。但是鋰電池技術(shù)的安全問(wèn)題仍未很好解決，不當(dāng)?shù)厥褂脮?huì)造成電池?zé)崾Э?。鋰離子電池?zé)崾Э睾螅娊庖簩?dǎo)電率升高，內(nèi)阻減小，發(fā)生劇烈的電化學(xué)反應(yīng)，分解出的可燃?xì)怏w如 CO、CH4 等，進(jìn)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(huì)發(fā)生爆燃，導(dǎo)致起火初期經(jīng)常伴有爆炸聲響，最終造成火災(zāi)甚至爆炸。如下圖所示：
鋰電池現(xiàn)階段受到關(guān)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?zé)崾Э販囟容^低，發(fā)生火災(zāi)時(shí)電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)更為劇烈，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氧分子，進(jìn)而加劇易燃?xì)怏w的燃燒，甚至可能在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生爆燃。韓國(guó)多采用三元鋰電池系統(tǒng)，而國(guó)內(nèi)的鋰電池儲(chǔ)能電站基本均為磷酸鐵鋰電池。
03
電池系統(tǒng)火災(zāi)特點(diǎn)
儲(chǔ)能電站電池系統(tǒng)的火災(zāi)特點(diǎn)如下。燃燒速度快、溫度高，撲滅后復(fù)燃性高。電池內(nèi)部存在大量易燃高能量密度物質(zhì)，內(nèi)部一旦出現(xiàn)熱失控，易引起連鎖反應(yīng)最終引發(fā)火災(zāi)爆炸。以鋰電池為例，發(fā)生火災(zāi)后電池的燃燒速度及溫度高于一般電氣設(shè)備，最高溫度甚至能夠超過(guò) 1000 ℃。撲滅明火后由于電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)可能未被終止，出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象的幾率較高。電池燃燒過(guò)程中伴隨大量氣體產(chǎn)生，一方面逸出氣體成分復(fù)雜，根據(jù)美國(guó)消防協(xié)會(huì)（NFPA）發(fā)布的試驗(yàn)結(jié)果表明，在火災(zāi)初期電池將釋放包括 H2、CO、CH4、苯等在內(nèi)的大量氣體。其中部分氣體如 H2、CH4 將加速火災(zāi)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(wú)法得到有效釋放將引起電池包爆炸?；馂?zāi)被撲滅過(guò)程中，即使切斷外界電源，由于電池內(nèi)部能量的存在，部分電池端將仍存在電壓，對(duì)撲救人員人身安全造成威脅。
04
消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
儲(chǔ)能電站電池系統(tǒng)火災(zāi)過(guò)程可劃分為 3 個(gè)階段，分別為預(yù)警階段、遏制階段以及滅火階段。消防系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)更根據(jù) 3 個(gè)階段各自的特點(diǎn)制定具體措施。預(yù)警階段應(yīng)充分利用監(jiān)控裝置信息提供可靠的事故預(yù)警。遏制階段則是通過(guò)預(yù)設(shè)的多級(jí)防護(hù)措施在電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控等初期問(wèn)題后，盡量將事故控制在小范圍內(nèi)。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(yù)警
對(duì)電池箱內(nèi)電解液泄露、熱失控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行全天候、連續(xù)性檢測(cè)，形成電池系統(tǒng)工作狀況的完整監(jiān)控，為事故預(yù)警提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，做到問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)，并有效防止事故誤報(bào)與漏報(bào)的發(fā)生。目前市場(chǎng)上針對(duì)儲(chǔ)能消防預(yù)警系統(tǒng)的傳感器，除了對(duì)常規(guī)的煙霧、一氧化碳、溫度、火焰監(jiān)測(cè)外，還可對(duì)電池系統(tǒng)熱失控早期預(yù)警特殊類氣體如氫氣、苯類氣體進(jìn)行探測(cè)，后臺(tái)分析程序則一方面根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)探測(cè)結(jié)果，判斷當(dāng)前是否有熱失控發(fā)生的可能；另一方面，則通過(guò)對(duì)比電池防爆閥打開(kāi)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(chǔ)能電站人員下一步?jīng)Q策行動(dòng)提供依據(jù)，降低對(duì)儲(chǔ)能電站內(nèi)人員人身安全的威脅。
（2）多級(jí)防護(hù)
儲(chǔ)能電站內(nèi)的消防系統(tǒng)可采用多級(jí)防護(hù)設(shè)計(jì)形式，分別對(duì)電池單元體、電池柜體、儲(chǔ)能集裝箱防護(hù)和外部消防防護(hù)設(shè)置 4 級(jí)消防防護(hù)。對(duì)電池單元體，利用巡檢裝置對(duì)每個(gè)電池單元體當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)生過(guò)充或溫度過(guò)高可能，防護(hù)系統(tǒng)能及時(shí)將信息上報(bào)至運(yùn)維人員，判斷是否需采取應(yīng)急措施防止情況惡化。對(duì)電池柜整體，可將預(yù)警系統(tǒng)接入電池管理系統(tǒng)后臺(tái)，采用聯(lián)動(dòng)式策略，一旦發(fā)生火災(zāi)及時(shí)切斷電池柜內(nèi)外電源聯(lián)系，并利用柜內(nèi)滅火裝置阻止火災(zāi)發(fā)展。儲(chǔ)能集裝箱防護(hù)則在電池單元體、電池柜體內(nèi)部火災(zāi)未得到有效控制，火情在集裝箱內(nèi)部進(jìn)一步擴(kuò)大時(shí)，及時(shí)關(guān)閉空調(diào)、排風(fēng)等系統(tǒng)，啟動(dòng)集裝箱內(nèi)預(yù)先裝設(shè)的氣體滅火裝置，阻止火災(zāi)進(jìn)一步蔓延。外部消防防護(hù)則在火災(zāi)蔓延趨勢(shì)已形成并存在繼續(xù)擴(kuò)大的情況下，以大量雨淋式水消防來(lái)控制火情，為下一步消防救援爭(zhēng)取時(shí)間。
（3）火災(zāi)撲滅
我國(guó)尚未形成針對(duì)撲滅電池類火災(zāi)的滅火劑的有效性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家機(jī)構(gòu)對(duì)不同類型滅火劑在電池類火災(zāi)中發(fā)揮作用進(jìn)行了試驗(yàn)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(duì)火災(zāi)發(fā)展的各個(gè)階段采取不同的撲滅措施?；馂?zāi)初始階段一般是整個(gè)電池火災(zāi)過(guò)程中火焰溫度最高的階段，利用自動(dòng)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(qiáng)度，將有效控制火災(zāi)范圍并減小火災(zāi)損失。此過(guò)程需注意適當(dāng)打開(kāi)泄壓口，防止由于氣體大量產(chǎn)生造成環(huán)境壓強(qiáng)過(guò)大而引起危險(xiǎn)。電池起火采用水淹沒(méi)的方式可以有效冷卻電池并中和熱威脅，因此，在火災(zāi)發(fā)生中后期利用大量水或水基型滅火劑進(jìn)行滅火降溫是較為有效的措施，如果現(xiàn)場(chǎng)條件允許，也可采用水浸沒(méi)方式來(lái)控制電池火災(zāi)。
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當(dāng)前中國(guó)可再生能源正處于快速大規(guī)模發(fā)展時(shí)期。而在可再生能源發(fā)展中，儲(chǔ)能占據(jù)極其重要的地位。但是目前儲(chǔ)能的安全問(wèn)題尚未得到妥善解決，本文著重探討了儲(chǔ)能電站電池系統(tǒng)火災(zāi)特點(diǎn)以及相應(yīng)的消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為儲(chǔ)能電站未來(lái)的建設(shè)與安全運(yùn)行提供一定的參考意見(jiàn)。
