一、建設(shè)背景

儲能電池艙密度高、空間狹小，熱管理一旦失控，危害性大，甚至有爆炸風(fēng)險。儲能設(shè)備利用電池作為主要電能存儲元件，且為了應(yīng)對電池起火燃燒的意外情況，現(xiàn)有的儲能設(shè)備內(nèi)部存儲有氣霧劑型滅火材料，如七氟丙烷、氣溶膠等，氣霧劑型滅火材料存儲量有限，且容易揮發(fā)出儲能設(shè)備外。由于電池著火是能量型的放電著火，具有一定的延時性或較長的放電發(fā)熱時間，在存儲有限的氣霧劑型滅火材料噴射用完后，因電池的能量沒有泄放完畢，故電池內(nèi)部依然存在放電發(fā)熱，只是在氧氣被氣霧劑型滅火材料隔離的情況下，電池外表沒有明火燃燒。但隨著氣霧劑型滅火材料的揮發(fā)，氧氣慢慢恢復(fù)，電池將會出現(xiàn)次燃燒，最后引起嚴(yán)重火災(zāi)。

二、電池艙的構(gòu)造及儲能站布局

電池艙通過預(yù)制艙外體與其內(nèi)部的電池系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，形成一種緊湊型的小型化儲能裝置。一個儲能站一般由幾個，甚至幾十個儲能艙陣列布置，形成一個龐大的能量中心。由于能量密度和空間的限制，一個儲能艙內(nèi)電池排布較為緊密，且無工作人員對電池艙內(nèi)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

三、

儲能電池艙若處于過熱、過充、短路等濫用條件下，電池內(nèi)部會因熱量積聚而發(fā)生熱失控，從而引起火災(zāi)甚至發(fā)生爆炸事故。通常單個電池模組發(fā)生，若得不到有效控制，則極易引發(fā)火災(zāi)，繼而在電池模塊間、電池柜間甚至是整個儲能電池艙之間傳播蔓延，且電池在自燃同時會釋放可燃?xì)怏w，從而出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，造成大規(guī)模的火災(zāi)甚至爆炸。綜上可以得出，儲能柜子火災(zāi)具有溫度高、蔓延快、復(fù)燃性等特點(diǎn)。

四、

2021年，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的穩(wěn)步推行及相關(guān)政策的落地，儲能行業(yè)站到了風(fēng)口上， 國家標(biāo)準(zhǔn)《電化學(xué)儲能電站安全規(guī)程》（以下簡稱“規(guī)程”）已完成公開征求意見，該規(guī)程擬規(guī)范儲能的消防問題，規(guī)定了電化學(xué)儲能電站設(shè)備設(shè)施消防安全要求，主要有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

4.1 儲能消防要融入視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在設(shè)備設(shè)施安全要求的一般規(guī)定中，規(guī)程要求“電化學(xué)儲能電站應(yīng)配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并應(yīng)全面覆蓋安全重點(diǎn)部位。視頻監(jiān)控系統(tǒng)宜具備煙霧及火焰識別功能，并與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動?！?/p>

4.2 儲能消防需要系統(tǒng)性的解決方案

規(guī)程中“5.7消防設(shè)施”較為詳細(xì)的規(guī)范了儲能消防的具體內(nèi)容，其中，規(guī)程5.7.7要求“電池室/艙外應(yīng)設(shè)置手動火災(zāi)報警按鈕，內(nèi)部應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測器、溫感探測器、煙感探測器，火災(zāi)探測器、煙霧報警器指示燈及可燃?xì)怏w探測器應(yīng)指示正常?！?；而規(guī)程5.7.15又要求“電池艙內(nèi)應(yīng)急電源配置應(yīng)覆蓋自動報警系統(tǒng)、應(yīng)急照明、聲音燈光疏散裝置、可燃?xì)怏w報警裝置、火焰監(jiān)測裝置、門禁系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、泄壓裝置、排煙系統(tǒng)，容量應(yīng)滿足報警、人員疏散、滅火、抑制復(fù)燃的需求?！?/p>

換言之，單一的報警或者滅火功能不能滿足儲能行業(yè)的需求，儲能行業(yè)的消防需要從“早期預(yù)警→報警→防火→疏散逃生→滅火”全階段覆蓋。

4.3 儲能消防需要精細(xì)化、科技化

規(guī)程要求“自動滅火系統(tǒng)的最小保護(hù)單元應(yīng)為電池模塊……能撲滅電池火災(zāi)和電氣設(shè)備火災(zāi)，且防止復(fù)燃?！?/p>

但目前，國內(nèi)外現(xiàn)存方案精細(xì)度不高，同時對儲能電站大型電池組滅火尚無明確有效的滅火技術(shù)，主流滅火系統(tǒng)如七氟丙烷等氣體滅火系統(tǒng)只能滅初期明火，對電池復(fù)燃無能為力。

五、

5.1 火災(zāi)預(yù)防——熱管理系統(tǒng)

防消結(jié)合，防患于未然，任何情況下，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生都是消防中的重要環(huán)節(jié)。針對電池火災(zāi)的原因，熱管理失控是火災(zāi)的直接導(dǎo)火索。因此熱管理是儲能項(xiàng)目火災(zāi)預(yù)防中的一個重要環(huán)節(jié)。儲能艙熱管理系統(tǒng)主要由空調(diào)系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)組成。

熱管理的目的在于讓高能量電池工作在合適的溫度區(qū)間內(nèi)，并且溫度分布較為均勻，從而提升電池的使用效率和壽命，同時兼顧安全，防止電池異常升溫導(dǎo)致安全火災(zāi)。電池艙一般采用空調(diào)頂部出風(fēng)，通過風(fēng)道將冷（熱）風(fēng)通過電池與艙壁形成的風(fēng)墻均勻的送至每個電池柜，同時電池柜設(shè)計(jì)導(dǎo)熱孔，保證冷（熱）量能順利地到達(dá)每個電池PACK、每個模組。同時空調(diào)設(shè)置上部回風(fēng)口，出風(fēng)及回風(fēng)在電池艙內(nèi)形成風(fēng)路循環(huán)。同時借助熱仿真軟件進(jìn)行修正和驗(yàn)證，保證電池之間的溫差也能控制在5℃以內(nèi)。

5.2 火災(zāi)監(jiān)控——火災(zāi)報警

電池管理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警管理，一旦電池模組內(nèi)熱管理失控，及時聯(lián)動電池運(yùn)行系統(tǒng)關(guān)閉，進(jìn)行事故診斷?；馂?zāi)報警自動啟動，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)生火災(zāi)，后臺將自動按照既定控制策略，啟動固定式滅火裝置，進(jìn)行火災(zāi)撲滅。每個電池艙為一個報警區(qū)域，配備區(qū)域火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。每個集裝箱內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的點(diǎn)型火災(zāi)探測器，在此基礎(chǔ)上，增加可燃?xì)怏w探測器，能夠?qū)崿F(xiàn)早期報警并將該區(qū)域的報警信號統(tǒng)一發(fā)送至消防控制中心。

5.3 全淹沒式——?dú)怏w滅火系統(tǒng)

氣體自動滅火系統(tǒng)中氣體主要采用七氟丙烷（HFC-227ea/FM200），由于其在實(shí)現(xiàn)窒息滅火的同時吸收熱量，電絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，對于撲滅電池艙初期火災(zāi)具有很好的效果。

氣體自動滅火系統(tǒng)由氣體柜、管道、噴頭、泄壓裝置、消防報警等設(shè)施組成。柜體通常設(shè)置于艙體的一端，通過管網(wǎng)連接至所有艙體頂部安裝的氣體噴頭，從而形成自動氣體滅火系統(tǒng)。同時七氟丙烷在噴射完后，由液態(tài)轉(zhuǎn)換成了氣態(tài)，艙內(nèi)壓強(qiáng)迅速變大，電池艙作為一個密閉的空間，因此需設(shè)置相應(yīng)的泄壓口。該裝置應(yīng)根據(jù)電池艙結(jié)構(gòu)所能承受的壓強(qiáng)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，防止電池艙出現(xiàn)裂縫。

當(dāng)電池預(yù)制艙任意電氣發(fā)生火災(zāi)后，氣體滅火系統(tǒng)首先開啟，所有氣體噴頭均噴放滅火劑，以全淹沒應(yīng)用滅火方式進(jìn)行初期火災(zāi)的撲滅。

5.4 局部應(yīng)用——高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

高壓細(xì)水霧由于其霧滴較小，電絕緣性好，穿透能力強(qiáng)，能有效解決障礙物的遮擋等問題，因此對于解決電池模組內(nèi)的火災(zāi)具有很強(qiáng)的針對性，從而用其作為局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)。

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該滅火系統(tǒng)由高壓細(xì)水霧滅火裝置（水箱、增壓泵、高壓細(xì)水霧泵）和管道、閥組、噴頭、消防報警等設(shè)施組成。高壓細(xì)水霧滅火裝置設(shè)在站區(qū)專門的建筑物內(nèi)，分區(qū)閥組可安裝在每個電池艙外壁，電池預(yù)制艙內(nèi)每一個電池模組內(nèi)均安裝有一個以上高壓細(xì)水霧噴頭，所有細(xì)水霧噴頭通過管網(wǎng)連接至細(xì)水霧滅火裝置，從而形成細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。電池模組外殼在裝有細(xì)水霧噴頭的一側(cè)開口，以便于噴頭伸入，其噴放方向朝向電池上表面和電池模組外殼頂板內(nèi)表面之間的區(qū)域。在電池模組外殼的其他側(cè)開設(shè)網(wǎng)孔，便于水霧溢出。網(wǎng)孔區(qū)的開孔率為20%—30%。

初期火災(zāi)撲滅后，高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開啟，整個電池預(yù)制艙內(nèi)所有電池模組內(nèi)的細(xì)水霧噴頭均噴放高壓細(xì)水霧，以局部應(yīng)用滅火方式，對電池模組內(nèi)的火災(zāi)進(jìn)行撲滅，持續(xù)抑制熱失控，同時高壓細(xì)水霧會通過電池孔在電池預(yù)制艙內(nèi)彌漫，抑制整個電池預(yù)制艙內(nèi)其他區(qū)域發(fā)生熱失控。

5.5 災(zāi)后防復(fù)燃——噴霧水槍

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火災(zāi)控制后，電池艙內(nèi)依然溫度很高，釋放大量的熱量，因此災(zāi)后進(jìn)行防復(fù)燃也是一個很重要的環(huán)節(jié)。盡管氣體滅火系統(tǒng)以及高壓細(xì)水霧系統(tǒng)都具備一定的降溫和冷卻效果，但是對于電池火災(zāi)釋放的巨大能量還是不夠的，因此采用噴霧水槍進(jìn)行補(bǔ)充和持續(xù)降溫，災(zāi)后至少噴霧降溫2h，噴霧水槍用水一般取自室外消火栓，從而在儲能電池艙室外設(shè)置室外消火栓系統(tǒng)是必需的，并且就近設(shè)置消防箱，內(nèi)置噴霧水槍。

六、

防控滅火一體化的消防系統(tǒng)啟動均由消防報警和消防聯(lián)動實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行。電池正常運(yùn)行時，由電池管理系統(tǒng)，在線監(jiān)測各電池模組的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時切斷回路。消防報警自動啟動，判斷火災(zāi)發(fā)生，自動啟動固定滅火設(shè)施。固定滅火系統(tǒng)的啟動必須符合“先斷電后滅火”的要求。滅火系統(tǒng)控制組件在接收到預(yù)警信號或火災(zāi)信號后后，根據(jù)既定滅火策略，自動啟動滅火系統(tǒng)。

七、

通過對儲能艙火災(zāi)成因及火災(zāi)特點(diǎn)的分析，提出從火災(zāi)預(yù)防、火災(zāi)報警、撲滅火災(zāi)、災(zāi)后降溫等組合式多級防控滅火一體化消防系統(tǒng)，為電池儲能艙安全穩(wěn)定的運(yùn)行增設(shè)了一道有力屏障，從而能進(jìn)一步助力儲能行業(yè)的發(fā)展。