梁一帅
盐城市消防救援支队 盐城 224500
摘 要：结合现行有关规范的规定，对储能电站进行了实地调研，分析储能电站的火灾危险性，对储能电站的消防设计进行了研究，结合工作实际提出消防安全措施和灭火救援注意事项。
关键词：储能电站；消防设计；安全措施
1、调研情况
笔者实地调研了所在城市的4座储能电站（1座在建，3座已建成），3座已建成的电站系统接入电压等级为10kV，其中，2座储能介质为磷酸铁锂电池，储能电站功率/容量分别为0.5MW/0.5MW·h和2MW/1.347MW·h；1座储能介质为三元锂电池，储能电站功率/容量为0.5MW/1.717MW·h。3座电站均为单层建筑，设有电池能量管理系统（BMS）。消防设施方面，3座储能室内均设有七氟丙烷气体灭火系统、应急照明灯和疏散指示系统等；整个储能室均使用防火、防爆设备，包括防爆墙板、防爆灯器具、防爆空调。
调研发现，储能室在消防安全方面主要存在以下问题：
（1）部分储能电站未设置消火栓系统，且市政消防系统未能覆盖。
（2）部分储能电站未设置可燃气体探测装置。
（3）其中一座电站储能室未设置主动式气体灭火系统（现场设置悬挂式七氟丙烷灭火装置）。
（4）通风装置设置不符合要求，仅设置1套防爆型通风装置，未在下部设置通风口，每分钟总排风量较小。
2、储能电站火灾危险性分析
近年来，储能已在电网调峰调频、分布式发电及微电网领域展现出广阔的应用前景。目前，我国已是全球最大电化学储能的应用市场，不少业内人士表示，未来10年的下一个确定性蓝海行业就是储能市场。根据能量转换方式的不同可以将储能分为物理储能、电化学储能和其他储能方式。其中，电化学储能是近年来发展迅速的储能类型，其分类较多，特点都不尽相同，主要技术指标有：比能量、功率密度、系统寿命、全生命周期的成本和收益、安全等方面。目前主要包括锂离子电池储能、铅蓄电池储能和液流电池储能。其中锂离子电池具有循环特性好、响应速度快的特点，是目前电化学储能中主要的储能方式，在全球电化学储能市场占据主导地位。截止2020年底，电化学储能装机量达到14.25GW，其中锂离子电池储能占比高达92%；钠硫电池和铅蓄电池分别占比3.6%、3.5%；其他储能方式作为电化学储能多元发展的一部分，占比仅为1%。锂离子电化学储能电站的发展已势不可挡。
锂离子电池储能电站是国内外布局数量最多的储能电站，自2017年以来，国外陆续出现30多起火灾事故，我国境内也曾发生过数起电站火灾，造成人员伤亡或财产等重大损失，引发社会对储能火灾安全问题的广泛关注。
锂离子电池目前有两种主流形式，分别是三元锂电池和磷酸铁锂电池。磷酸铁锂正极材料本身的热稳定性比三元锂更好，在500摄氏度以内，都有着极高的稳定性，超过800摄氏度时才会发生热失控，即便发生热失控，磷酸铁锂电池的放热也非常缓慢，且分解时不会释放氧气，减少了起火的风险。相比之下，三元锂电池在300摄氏度左右就开始溶解了，在近年来国内外发生的火灾事件中，确实也是三元锂电池占据更大比例，占比近80%。即便磷酸铁锂在安全性方面优势明显，但依然会存在热失控的现象，当磷酸铁锂电池热失控时，电解液中会析出很多易燃易燃爆的气体，如一氧化碳、氢气、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等，这些气体与空气混合形成了爆炸性混合物，当达到爆炸极限时遇火源即会发生剧烈爆炸。
3、建议采取的消防安全措施
现行的针对电化学储能电站消防设计的标准规范主要有《电化学储能电站设计规范》（GB51048-2014）《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》（T/CEC 373-2020 ）《小型电化学储能电站消防安全技术要求》（T/CSAE 88-2018），上述标准涉及的消防方面的主要内容包括建筑耐火等级、消防给水、疏散、灭火器设置、报警系统等，从调研了解的情况看，储能电站目前一般设置可报警系统、气体灭火系统、排烟系统等消防设施。
参考国内外有关案例，结合工作实际，对储能设施的防火设计拟提如下建议：
（1）储能设施防火设计总的原则是：充分考虑火灾、爆炸情形，最大限度地控制成灾，灭火设施充分考虑灭火、抑爆以及泄压。
（2）储能设施与甲类生产建筑不小于12m；与乙类生产建筑不小于10m；与丙、丁、戊类生产建筑且耐火等级为一、二级的不小于10m；与丙、丁、戊类生产建筑且耐火等级为三级的不小于12m；与其他生活建筑耐火等级为一、二级的不小于10m，耐火等级为三级的不小于12m。
（3）储能设施所属项目区域应至少设置一个供消防车辆进出的出入口；消防车道宜布置成环形，不具备条件的，应设回车道或回车场，消防车道与建筑物之间不应设置妨碍消防车操作的树木、架空管线等障碍物，回车道或回车场不得占用。
（4）储能设施应单层布置，宜采用户内布置。当采用预制舱式布置时，预制舱与围墙的间距不宜小于5m，当小于5m时应采用实体围墙，实体围墙高度不应低于电池预制舱外廓。
（5）站内建筑物耐火等级不低于二级、体积不超过3000m3且火灾危险性为戊类时可不设消防给水；不满足条件时应设置消防给水系统。10MW·h及以上的储能电站（储能设施所属项目区域）应配置消防给水及消火栓系统；其他规模的储能电站宜设置消防给水及消火栓系统。
（6）10MW·h及以上的储能电站电池舱（室）应设置火灾自动报警系统；小微型储能电站宜设置火灾自动报警系统。
（7）要结合电池属性、释放气体属性，设置有针对性的、阈值范围适合的可燃（有毒）气体探测装置；气体探测装置应能联动断开舱级断路器、簇级继电器。
（8）现阶段储能电站一般采用七氟丙烷等气体灭火装置，一旦起火后，通过气体隔绝氧气来实现灭火，但无法使电池降温，遇有外部氧气进入，就易引起电池复燃，且电池燃烧过程中会产生一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体，电池复燃后仍有可能引发爆炸。因此，储能电站灭火设施优先考虑设置细水雾系统。从各类灭火试验结果看，细水雾系统灭火效果要好于气体灭火系统。细水雾灭火系统成功的关键，是增加单位体积水微粒的表面积。水微粒子化以后，即使同样体积的水，也可使总表面积增大。而表面积的增大，更容易进行热吸收，冷却燃烧反应。吸收热的水微粒容易汽化，体积增大约1700倍。由于水蒸汽的产生，既稀释了火焰附近氧气的浓度，窒息了燃烧反应，又有效地控制了热辐射。可以认为，细水雾灭火主要是通过高效率的冷却与缺氧窒息的双重作用。此外，还可以通过控制水雾微粒的大小，起到一定的电气绝缘性，进一步提升安全性。
（9）储能设施内部应至少设置2套防爆型通风装置，排风口至少上下各1处，每分钟总排风量应不小于预制舱（室）容积；通风装置应与可燃气体探测装置联动启动；空调系统、通风装置中的管道、风口及阀门等组件采用不燃材料制作。
（10）针对当前没有既能灭火、又能控制复燃（热失控）的灭火剂，有条件的单位可以考虑增设液氮灭火装置。液氮灭火具有降温快，引入水分少，隔绝氧气的特点，通过液氮在空气中气化，降低燃烧物周围的环境温度，使空气中的气态水分子凝结成水蒸气或小水珠，同时隔离和空气中的氧气，达到降温及隔离灭火的目的。
4、灭火救援注意事项
在做好个人防护的前提下，针对磷酸铁锂电池、三元锂电池救援现场处置提出如下建议：
（1）确认人员疏散。疏散围观人群，做好安全警戒。
（2）确保断电，切断储能电池所有电源及周围电源（舱级断路器、簇级断路器、相邻电池舱、PCS、变压器等上级电源），特别是处置密闭储能舱内的火灾，必须了解电池的起火部位。
（3）启动风机，降低可燃气体浓度。
（4）启动固定灭火系统。在不破坏着火空间环境下，优先启动固定灭火系统（细水雾），将燃烧限制在发生故障的电池簇内。如是七氟丙烷气体灭火系统，应加强戒备，随时注意舱内复燃、爆燃；如未设置固定灭火系统，可能时尽量快速打开舱门，对舱内进行喷水雾降温。
（5）对相邻设备降温保护，同时采用物理降温方法，对相邻电池舱、设备进行降温保护。
（6）持续降温防止复燃。对于磷酸铁锂电池火灾，要确保火场用水量，降低电池内部的温度。利用喷雾或者开花水枪进行冷却，降低电池表面及内部的温度，可减少电解液的排气，防止电池内部发生复燃。由于磷酸铁锂电池具备持续放电特性，明火熄灭后，需持续利用水枪进行持续冷却降温，在此期间侦查人员利用红外探测仪对内部电池组进行实时检测，同时利用测温仪对冷却水温度进行检测，防止复燃和其他突发事故。