新时期储能电站火灾防控对策思考
新时期储能电站火灾防控对策思考
摘要：目前对储能电站火灾扑救的研究是国内外关注的焦点问题，但从火灾防控角度研究储能电站的消防安全也是降低储能电站火灾风险，保证储能电站安全运行的重要支撑。本文即主要对新时期储能电站火灾防控对策展开分析。
关键词：储能电站；消防安全；防火设计；防控对策
1.引言
储能系统(energy storage systems，ESS)是现代电力系统及智能电网的重要组成部分，也是实现可再生能源并网消纳及分布式发电高效利用的重要环节。电池储能作为大规模储能系统的重要形式之一，具有调峰、填谷、调频、调相和事故备用等用途。但由于储能行业处于大规模应用的初期，消防安全缺乏足够的技术支撑，电池性能指标模糊，规划设计不够科学严谨，管理及服务水平不够成熟，部分业主和投资方缺乏安全意识，缺乏有效的行业监管，导致储能电站项目消防安全事故时有发生。
2.储能电站现状
2.1发展现状
随着电池储能技术的高速发展，储能电站的建设也在稳步开展，据《储能产业研究白皮书2022》数据显示，2021年全球新增投运10GW，累计25GW，其中中国新型储能新增投运2.4GW,累计5.73GW，新型储能新增规模首次突破2GW，同比增长54%。根据国家能源局发布颁布的官方消息， “十四五”期间，我国新型储能装机规模将以30GW作为基本目标，接近当前规模的10倍。
2.2消防安全事故案例
伴随着储能技术的飞速发展和储能电站的建设规模不断扩大，储能电站的消防安全问题也逐渐凸显，2017年以来，国内外储能项目均有火灾事故发生，造成严重的经济损失甚至人员伤亡。2021年4月16日，北京市丰台区的集美大红门25MWh直流光储充一体化电站项目的南区发生火灾，工作人员报警后，消防队立即赶到了火灾现场，并在南区进行灭火措施。就在这时，储能电站北区突然发生爆炸，该爆炸没有任何预兆，以至于在南区灭火的消防员有2名牺牲，1名受伤。韩国在2017年至2019年期间共发生近30期储能电站事故，通过调查研究及验证性测试，发现这些储能电站事故主要是电池系统缺陷、应对电气故障
的保护系统不周、运营环境管理不足及储能系统综合管理体系欠缺。2022年9月20日，美国加利福尼亚州蒙特雷太平洋瓦电公司的一个变电站着火，该储能设施可容纳25个特斯拉Megapack电池单元，火灾原因是电池存储设施中的一个特斯拉Megapack发生火灾，而在2021年就有一台特斯拉Megapack在澳大利亚的另一个大型电池项目中起火。2022年6月3日，位于法国科西嘉岛Poggio-di-Nazza镇的一个光伏发电场发生火灾，火灾发生在一个装有锂电的储能集装箱。2022年5月8日， 德国卡尔夫区的Althengstett一个用户侧光伏储能系统发生爆炸。预计损失财产达40-50万欧元。
ie无法打开2.3储能电站消防安全现状
目前我国在电化学储能电站的设计规范中，缺少针对性和指导性强的消防设计要求，仍然参照通用工业建筑设计规范。由于整个储能行业处于大规范发展应用初期，储能系统标准中的电池性能指标模糊、应急处置和救援措施要求偏低，规划设计简单、储能火灾消防还欠缺研究和技术支撑，电化学储能电站的性能及安全存在很多关键问题，亟待出台更加适应储能行业发展和消防安全技术要求的规范标准。
目前现有的储能标准中关于消防的设计及要求主要是《电化学储能电站设计规范》（GB51
2022年立春是几点>专利宣告无效
048-2014）和《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》（TCEC373-2020）。《电化学储能电站设计规范》（GB51048-2014）实施较早，内容只考虑了站内建（构）筑物的火灾防范，未要求锂电池等储能单元设置自动消防设施进行保护。《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》（TCEC373-2020）中只明确锂离子电池的或者危险性分类设置为戊级，耐火等级为二级，锂离子电池室的火灾探测及消防报警设置感烟或吸气式感烟探测器。
2022年6月17日，住房和城乡建设部办公厅发布了《电化学储能电站设计标准（征求意见稿）》，《标准》共14章，主要技术内容包括：基本规定、站址选择、站区规划和总布置、接入系统、储能系统、电气、建筑与结构、采暖通风与空气调节、给排水、消防设施及消防电气、环境保护和水土保持、劳动安全和职业卫生等。其中，第12章《消防》包括：一般规定、总布置、平面布置及安全疏散、消防给水及灭火设施、防烟与排烟、火灾自动报警系统、消防供电及应急照明等7个部分的内容。其中很多规范要求参考了《建筑设计防火规范》（GB50016）、《火力发电厂与变电站设计防火标准》（GB50229）等现行国家标准。
从技术标准来看，欧美储能事故相对少发，得益于标准体系较为完善，限制条件严格。美国已制定NFPA855、UL9540等储能安全系列标准，欧洲储能标准主要依托IEC国际认证标准。以美国的UL9540为例，该标准为“储能系统和设备安全标准”，于2021年4月完成最近一次修订，从建筑业、性能、电气测试、机械测试、环境测试、制造和生产测试等6个方面对储能系统的安全标准进行了明确规定。从提纲上看跟消防安全直接关联的内容只有建筑业这一部分中的火灾探测、灭火和传播这一条规定，但标准从本质安全出发，从不同形式单个储能系统的最大能量容量、单个部件和设备的安全要求、系统电气安全要求、电源连接方式、安全分析和系统控制等各个方面对储能系统的安全做了全面、严格的要求，值得借鉴。
3.储能电站火灾风险
火灾风险是目前储能电站最突出的安全风险类型，具有破坏性强、经济损失大、关注度高等特点。储能电站火灾风险主要包括设备火灾、电缆火灾和电池火灾等3个方面。其中电池火灾发生概率较高，这是由于锂离子电池本身是化学能量载体，正常运行时受环境、使用条件等因素影响，使得电池具有相当程度的安全隐患。储能电站发生火灾的可能原因包括：
锂电池电芯设计或制程中存在缺陷，容易发生热失控；电气设计不合理，系统易发生短路、过流等异常现象；安全功能不完整，电池管理系统缺少足够的能力将电芯有效控制在安全范围内，能量管理系统缺少统筹协调主回路系统和辅助控制系统的能力；非金属材料选项不当，工作温度、阻燃等级不满足要求，不能起到隔热阻燃等作用；消防设计缺失或不充分，在系统产生起火等现象时，不能及时预警或不能提供有效灭火措施。
醉翁亭记翻译由于储能电站中电池排列密集，数万个单体电池集中分布，电池运行时的热量可能无法有效疏散，因此可能引发电池过热造成热失控。其中，过充电也是锂离子电池储能电站常见的安全事故诱因，由于母线环流或者电池管理系统失效导致的电池过充，会引发电池产热、变形、释放烟气并最终演化为热失控导致火灾。
4.新时期储能电站火灾防控对策
4.1建立健全标准体系
以《电化学储能电站设计标准》实施为起点，建立健全电化学储能电站的系统和设备安全标准，包括国家强制性标准，采取储能电站和储能产品强制性认真。通过设定安全标准，
统一提升本质消防安全水平。电力、住建、消防部门共同协商制订储能电站预制舱建设审核和验收标准，明晰各部门监管责任。通过模拟实验，对不同类型、不同能量级别的预制舱发生火灾进行模拟分析，统计得出火灾燃烧释放能量级别，从严制订防火间距，降低火情在预制舱之间、预制舱与周围建筑之间的传播几率。
4.2明晰消防安全责任，强化消防安全管理
针对已经运行和正在新建的储能电站，制订完善的消防安全管理制度。明确不同环节、不同岗位的具体消防安全责任，形成消防安全管理闭环。技术人员、值班员上岗前必须经过专业的消防安全培训，明确岗位消防职责，掌握辨识火灾风险和处置初期电气火灾的能力。将储能电站电池管理系统、储能变流器、能量管理系统与火灾自动报警系统进行整合互联，当电池本体或电气线路发出故障警报时提前预警。
4.3优化消防安全设计
优化预制舱内火灾报警系统。根据国内外研究表明，电池发生火灾的特点是：电池本体发生故障后，电池安全阀打来，同时释放H2、CO等特征气体，电池发生热失控后喷射大量
北京暂住证办理烟气。由此，可分级制定火灾报警机制。通过探测特征气体第一时间发出火灾预警，警示电池安全阀开启，立即采取断电措施组织电池内部进一步发生反应。通过感烟探测器检测电池是否发生热失控，一旦感烟探测器报警，立即关闭空调，启动排烟风机，避免可燃气体浓度过高。通过感温、感烟探测器共同作用，当判定预制场内发生火灾时，立即联动断电，断电后立即启动固定灭火系统发出警报。
优化固定灭火系统。中国科技大学专业团队实验表明，传统的固定灭火系统二氧化碳、七氟丙烷和细水雾三种灭火剂均可抑制电池射流火的产生，但二氧化碳和七氟丙烷不能完全抑制电池明火，而细水雾可通过窒息、持续冷却和隔绝热辐射的多重作用，有效扑灭初期火灾并防止复燃。国内外的研究表明，目前各类灭火剂中针对储能电站火灾防控全氟己酮是最有效的，能够快速扑灭明火，又有较好地吸热降温作用。全氟己酮在常温下是液态，接触高温电池后，通过相变带走大量热量；还可以切断火焰燃烧的自由基，起到化学抑制作用。如果利用全氟己酮和细水雾灭火系统协同处置储能电站火灾，可以达到既能快速灭火，又能降温抑制的效果。
优化消防水源和消防车道设计。储能电站在保证市政给水管网供水的基础上，应根据规模
大小设置相应的消防水池有效保障消防供水。同时储能电站内因设置环形消防车道，便于火灾扑救。
5.展望
储能电站的消防安全问题收到社会的广泛关注，电力、消防部门和科研院所正积极投入储能电站的消防安全研究当中。新技术、新产品的问世为储能电站的消防安全提供了技术支撑，但更为关键的是建立健全储能电站消防安全管理体系，从本质上降低消防安全风险，保证储能电站安全、健康发展。
参考文献
[1] 王忠,李国华,刘苑.储能电站消防安全现状及火灾防控对策探析[J].中国消防,2021(05):62-65.
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