鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為我國(guó)國(guó)內(nèi)新興的電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的技術(shù)產(chǎn)品，其在電網(wǎng)中起到改善電能質(zhì)量的重要作用。
而鋰電池具有能量密度高、循環(huán)數(shù)次多等優(yōu)點(diǎn)，但是其危險(xiǎn)性也高。目前國(guó)家還尚未對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，該文將根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和鋰電池的特性針對(duì)性地提出具體消防措施。
1鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)危險(xiǎn)源分析
鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)隱患大致分為鋰電池內(nèi)部反應(yīng)失控和電氣設(shè)備的火災(zāi)隱患2個(gè)方面。根據(jù)消防規(guī)定，電池安置位置（后文簡(jiǎn)稱為電池倉(cāng)）和安置高、低壓電氣設(shè)備位置（后文簡(jiǎn)稱為設(shè)備倉(cāng)）是隔離設(shè)計(jì)。
1.1鋰電池
鋰電池充放電主要是靠化學(xué)反應(yīng)來完成的，在充放電過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱能，如果電池自身產(chǎn)生的熱能超過了電池?zé)崃康暮纳⒛芰?，鋰電池?zé)o法得到及時(shí)散熱，熱量就會(huì)積累導(dǎo)致電池過熱。
電池內(nèi)部材料之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，象SEI膜分解、電解液分解、正負(fù)極分解等，分解中將產(chǎn)生大量的熱量和氣體使電池出現(xiàn)發(fā)熱、鼓包現(xiàn)象，熱量將會(huì)引起電池失控，電池溫度迅速上升，導(dǎo)致電池材料內(nèi)部燃燒，且電池液的分解就會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到一定程度之后，遇到明火將發(fā)生爆炸。
所以，鋰離子電池反應(yīng)失控表面現(xiàn)象主要有電池發(fā)熱、鼓包、煙霧、明火、燃燒，甚至爆炸，出現(xiàn)上述問題主要源于電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過快控制不住，而外界的過充、刺穿、火源、擠壓、短路等外部因素都會(huì)導(dǎo)致上述問題的產(chǎn)生。
并且鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池模組是將多個(gè)電池組串聯(lián)一起的設(shè)計(jì)，這無疑也增大了鋰電池的安全隱患，而且一旦某個(gè)電池性能不穩(wěn)定發(fā)生火災(zāi)，也勢(shì)必影響周邊鋰電池的安全，進(jìn)一步的擴(kuò)大火災(zāi)范圍。
1.2電氣設(shè)備
鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中存在著大量的電氣設(shè)備，其電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性也必將影響到電池的性能和穩(wěn)定，象意外操作的高電壓、大電流、雷電浪涌的沖擊。
由于鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中弱電系統(tǒng)及通信系統(tǒng)較多，系統(tǒng)中的高電壓、大電流勢(shì)必對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)系統(tǒng)影響很大，同時(shí)也會(huì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的保護(hù)元器件造成損壞，導(dǎo)致無法進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作甚至引起火災(zāi)。
2消防安全措施
鋰電池消防安全是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)防范內(nèi)容，下面將從多個(gè)方面來探討鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全措施。
2.1消防報(bào)警系統(tǒng)
鋰電池因自身或者外界條件刺激下導(dǎo)致內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控導(dǎo)致自燃的整個(gè)過程，都會(huì)有氣體、能量的釋放以及煙霧的產(chǎn)生，嚴(yán)重的話還會(huì)出現(xiàn)明火燃燒。
借鑒《火力發(fā)電廠與變系統(tǒng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即將鋰電池安放位置與其他設(shè)備間單獨(dú)隔離分開，并設(shè)有專門的煙感、溫感、光感等探測(cè)器，并且可以根據(jù)不同鋰電池的特性，有針對(duì)性地增設(shè)相應(yīng)氣體探測(cè)器。
確保在電池失控早期檢測(cè)到電池倉(cāng)內(nèi)的氣體變化報(bào)警，聯(lián)動(dòng)設(shè)備間的電氣設(shè)備斷開電源，將報(bào)警信息上傳至后臺(tái)監(jiān)控人員。如圖1所示。
2.2自動(dòng)滅火裝置
鋰電池本身帶有化學(xué)物質(zhì)，其倉(cāng)內(nèi)連接的電氣設(shè)備較多，一旦發(fā)生火災(zāi)，如不能及時(shí)滅火處理，隨著時(shí)間的拖延，其造成的損失會(huì)越來越大，為此儲(chǔ)能系統(tǒng)配置的滅火裝置必須是快速通過隔絕氧氣來窒息滅火的物理方式。
在儲(chǔ)能系統(tǒng)行業(yè)中用的最為廣泛的滅火氣體是七氟丙烷。
七氟丙烷是一種無色、無味、不導(dǎo)電的氣體，其滅火原理是對(duì)化學(xué)反應(yīng)鏈的反應(yīng)抑制，是以液體儲(chǔ)存，氣體釋放的形式，在噴完之后可利用通風(fēng)系統(tǒng)將氣體排出室內(nèi)，滅火完之后不會(huì)留有殘留物，也不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備造成任務(wù)損耗和污染。在儲(chǔ)能系統(tǒng)安置六氟丙烷滅火裝置需要注意以下幾點(diǎn)。
2.2.1噴放濃度
六氟丙烷噴放濃度需要根據(jù)實(shí)際防護(hù)面積大小來設(shè)計(jì)，如果滅火劑填裝不夠，現(xiàn)場(chǎng)有可能出現(xiàn)個(gè)別小的防護(hù)區(qū)域滅火濃度太大，其他防護(hù)區(qū)域滅火濃度較小，得不到理想滅火情況，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中滅火劑填充量應(yīng)比實(shí)際濃度比高9%的余量，達(dá)到完全滅火要求。
2.2.2全封閉空間設(shè)計(jì)
一般來說氣體滅火需要一個(gè)封閉式的空間才能保證滅火劑的滅火效果，七氟丙烷在釋放過程中，需要注意的是運(yùn)維人員在電池倉(cāng)內(nèi)操作時(shí)，由于突發(fā)事故或者誤操作導(dǎo)致的火災(zāi)發(fā)生時(shí)候，需要設(shè)置一個(gè)消防門，保證人員的生命安全。
由于七氟丙烷在噴射完后，其液態(tài)形成了氣態(tài)，其室內(nèi)壓強(qiáng)將迅速變大，在電池倉(cāng)內(nèi)需設(shè)置相應(yīng)的排泄口。其泄壓裝置應(yīng)根據(jù)室內(nèi)建筑或者集裝箱結(jié)構(gòu)所能承受的壓強(qiáng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，防止封閉的建筑體或者集裝箱出現(xiàn)裂縫。
2.2.3噴射時(shí)間的確定
一般情況下，如果鋰電池或者其他設(shè)備的固體表面預(yù)燃時(shí)間較長(zhǎng)，在其內(nèi)部就會(huì)形成深位火災(zāi)，這個(gè)對(duì)消防安全來說是十分不利的，盡管滅火裝置可以將外部的明火熄滅。
但是內(nèi)部還有在燃燒，當(dāng)重燃條件達(dá)到時(shí)，將又會(huì)復(fù)燃，如果預(yù)燃時(shí)間足夠長(zhǎng)的話，甚至還可能發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)事故。為此根據(jù)相關(guān)規(guī)定和實(shí)際運(yùn)行情況，將七氟丙烷實(shí)際噴射時(shí)間設(shè)置為8s是較為合理的。
2.3空調(diào)裝置
鋰電池的充放電時(shí)，是持續(xù)向外界散發(fā)熱量的過程，而環(huán)境溫度對(duì)鋰電池性會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，鋰電池的-40℃~60℃的溫度特性如圖2所示。
由圖2可知，隨著溫度降低鋰電池的容量衰減加快，而高溫對(duì)鋰電池的容量變化作用不是很大，而且高溫環(huán)境下，電池倉(cāng)內(nèi)的電氣設(shè)備以及蓄電池都會(huì)增大其火災(zāi)隱患的概率，為此儲(chǔ)能電站電池倉(cāng)的最佳溫度為25℃，在該溫度下，電池的容量和安全性是最佳的。
2.4聯(lián)動(dòng)裝置
鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常需要運(yùn)維人員日常巡查，為了防止因?yàn)檫\(yùn)維人員誤操作或者發(fā)生突發(fā)事故情況導(dǎo)致人員傷亡，在電池倉(cāng)內(nèi)需設(shè)置消防門和排風(fēng)系統(tǒng)以及安置在外部的緊急停機(jī)按鈕，并與消防報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火裝置和消防門、通風(fēng)口等其他消防設(shè)備形成多級(jí)安全聯(lián)動(dòng)裝置，其運(yùn)行策略見表1。
2.5電氣設(shè)計(jì)
對(duì)于電氣設(shè)備中可能會(huì)產(chǎn)生的高電壓、大電流等問題，在高壓側(cè)電路安裝防雷防浪涌、通信防雷防浪涌設(shè)備以及相應(yīng)的避雷器。在設(shè)計(jì)時(shí)合理的利用原有建筑的防雷接地設(shè)施、整體降低高電壓、大電流的風(fēng)險(xiǎn)。
在儲(chǔ)能系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)時(shí)候，需要考慮運(yùn)維日常巡檢方便和突發(fā)事故的情況，在移動(dòng)式儲(chǔ)能設(shè)備區(qū)域出入口應(yīng)不少于2個(gè)。安置于地表上的儲(chǔ)能系統(tǒng)周邊需預(yù)留寬度至少3.5m的消防車道，安置于地下室的儲(chǔ)能系統(tǒng)需預(yù)留寬度至少1.5m的逃生通道，并在周邊設(shè)有相應(yīng)的消防設(shè)施。
為了保證鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防供電穩(wěn)定性，消防設(shè)備所用的電必須單獨(dú)從市電接過來，且電纜采用耐火電纜，消防報(bào)警裝置、聯(lián)動(dòng)控制等消防設(shè)備用電均均由該單獨(dú)的配電系統(tǒng)供電。
3結(jié)語(yǔ)
隨著鋰電池技術(shù)不斷完善，其相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)也將大規(guī)模應(yīng)用起來，如何確保鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全是影響發(fā)展的第一等要素。該文結(jié)合自身建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全方面進(jìn)行了探討，共同推進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的安全發(fā)展。
參考資料：鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防設(shè)計(jì)；作者:李春陽(yáng) 李立強(qiáng) 羅 易 周承軍 ，浙江正泰新能源開發(fā)有限公司
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