談談電化學儲能電站火災分析及處置措施研究

hth下载地址 陳聰

摘要：針對電化學儲(chu) 能電站發生火災後滅火救援時間長、難度大、易造成處置人員傷(shang) 亡的問題，通過介紹電化學儲(chu) 能電站基本常識和目前的安全狀況，分析電化學儲(chu) 能電站火災特點和目前存在的突出問題，就如何加強電化學儲(chu) 能電站火災處置能力，確保處置人員在處置過程中的安全提出意見和建議，為(wei) 消防救援隊伍安全有效處置此類災害事故提供參考。

關(guan) 鍵詞：消防；儲(chu) 能電站；電化學；火災

0 引言

儲(chu) 能電站主要分為(wei) 兩(liang) 大類：一類是抽水蓄能電站，一類是電化學儲(chu) 能電站。主要用於(yu) 城市電網填穀調頻、調峰、商業(ye) 區輔助用電、電動車充電等。目前，我國除抽水蓄能電站外，大規模應用的主要為(wei) 電化學儲(chu) 能電站。過去，大多數人對儲(chu) 能電站缺乏了解和認識，2021年4月16日，北京市豐(feng) 台區南四環永外大紅門西馬場某公司儲(chu) 能電站火災事故，造成3人死亡（其中2人為(wei) 消防員）、1人受傷(shang) ，引發了社會(hui) 廣泛關(guan) 注，人們(men) 開始重新審視儲(chu) 能電站的安全情況。經過查閱相關(guan) 資料，發現隨著儲(chu) 能電站裝機規模不斷擴大，近年來國內(nei) 外電化學儲(chu) 能電站發生了多起火災事故，且大多數為(wei) 鋰離子電池火災，因此本文以鋰離子電池儲(chu) 能電站為(wei) 重點進行研究討論。

1 電化學儲(chu) 能電站基本常識

據世界能源理事會(hui) （WEC）發布的《儲(chu) 能監測：2019發展趨勢》報告預測，到2030年全球儲(chu) 能裝機總量將達到250GWh。

1.1主要部件

電化學儲(chu) 能電站包括儲(chu) 能單元、功率變換係統（PCS）、電池管理係統（BMS）等組成。

1.1.1儲(chu) 能單元

由電池組、電池管理係統及與(yu) 其相連的功率變換係統組成的*小儲(chu) 能係統。

1.1.2功率變換係統（PCS）

與(yu) 儲(chu) 能電池組配套，連接於(yu) 電池組與(yu) 電網之間，把電網電能存入電池組或將電池組能量回饋到電網的係統，主要由變流器及其控製係統構成。

1.1.3電池管理係統（BMS）

監測電池溫度、電壓、電流、荷電狀態等，為(wei) 電池提供通信接口和保護的係統。

1.2電站分類

1.2.1按電化學儲(chu) 能電池類型

按電化學儲(chu) 能電池類型分為(wei) 鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉基電池、超級電容等方式。鋰離子電池占電化學儲(chu) 能58%，占比*大，常見為(wei) 以鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰為(wei) 正極材料的鋰離子電池。不同種類的電池安全風險排序為(wei) ：鉛酸電池＜磷酸鐵鋰材料電池＜三元材料電池＜鈉流電池。

1.2.2按規模

按規模分類分為(wei) 小型、中型和大型。其中，容量為(wei) 1MWh以下為(wei) 小型電化學儲(chu) 能電站；容量為(wei) 1～30MWh的電站為(wei) 中型電化學儲(chu) 能電站；容量為(wei) 30MWh以上為(wei) 大型電化學儲(chu) 能電站。

1.2.3按照電站用途

按照電站用途分為(wei) 發電側(ce) 、電網側(ce) 、用戶側(ce) 三種使用方式。其中，用戶側(ce) 通常位於(yu) 城市商業(ye) 區、大型商場、大學城、電動車充電配套的發電、儲(chu) 電、供電儲(chu) 能電站。集發電、儲(chu) 能、充電等業(ye) 態於(yu) 一體(ti) ，人流、物流密集，發生事故易造成群死群傷(shang) ，與(yu) 發電側(ce) 、電網側(ce) 儲(chu) 能相比，安全風險*大。

1.2.4按布局形式

按布局形式分為(wei) 室外撬裝式、建築封閉式（站房式）兩(liang) 種。建築封閉式電站通常為(wei) 多模組、多樓層豎向疊加堆放，風險*大。

1.2.5按輸電來源

按輸電來源分為(wei) 市電、光伏、風電、火電、核電等不同供電來源。用戶側(ce) 電站通常為(wei) 市電、光伏、儲(chu) 能一體(ti) 化設計。

1.3工藝流程

主要工藝流程為(wei) ：鋰離子電池充電期間，係統將電能通過主變壓器、幹式變壓器和儲(chu) 能變流器將交流電轉化為(wei) 直流電，通過儲(chu) 能電池的充電過程，將電能儲(chu) 存在電芯內(nei) 。放電期間，通過儲(chu) 能電池的放電過程，將直流電經過儲(chu) 能變流器轉化為(wei) 交流電，再經過幹式變壓器、主變壓器通過高壓配電裝置將電能輸送到電網，或為(wei) 商業(ye) 直接供電。

1.4熱失控機理

熱失控就是指鋰離子電池內(nei) 部電流和溫度均升高，且互相促進的現象。鋰離子電池內(nei) 電解液和隔膜為(wei) 可燃物，在不同荷電狀態下，正極材料和負極材料可分別成為(wei) 氧化劑和還原劑，短路後易自發熱燃燒；電池還可因內(nei) 部或外部的熱源加熱，都可能觸發電池火災。

2 國內(nei) 外電化學儲(chu) 能電站安全狀況

由於(yu) 儲(chu) 能電站安全問題的形成機理、邊界條件、控製要素尚未全部認識清楚，致使儲(chu) 能安全防控手段、應對措施等尚不能完*適應儲(chu) 能技術快速發展及應用需要。據不完*統計，2011年至今，美國、韓國、日本、中國等地先後發生多起儲(chu) 能電站火災事故。

電化學儲(chu) 能電站事故涉及多種儲(chu) 能類型，其中以鋰離子電池為(wei) 主。引發火災事故的起因有多種形式，而且涉及不同的方麵，比如儲(chu) 能容量和功率標定不準、係統配置和選型有問題、安裝調試過程不規範、運行檢修維護工作不到位等多方麵問題。

3 電化學儲(chu) 能電站火災特點

3.1火勢控製難，易於(yu) 複燃

電化學儲(chu) 能電站的電池單元性質活躍，在出現短路等故障後，內(nei) 部發生劇烈、複雜化學反應，引發溫度持續升高，出現熱失控現象，進而發生燃燒或爆炸。一旦火災發生，即使表麵明火被撲滅，電池內(nei) 部仍持續發生自反應，不斷產(chan) 生熱量及可燃氣體(ti) ，導致火勢發展蔓延迅速，同時反複出現複燃。

3.2結構布局不利於(yu) 滅火救援

電化學儲(chu) 能電站所用電池儲(chu) 能係統平麵布置緊湊，儲(chu) 能係統的形式多樣且未采取隔熱措施，內(nei) 部存放的電池組數量較多、排列緊密並有構件遮擋。在救援過程中為(wei) 防範爆炸危險，采取遠距離射水冷卻時，很難靶向作用到電池高溫區域，難以實施有效處置。

3.3中毒、爆炸及觸電風險高

各類電化學電池火災燃燒產(chan) 物含有氫氣、甲烷、乙烯等易燃易爆氣體(ti) 以及氟化物等有毒有害氣體(ti) 。燃燒產(chan) 生的熱量會(hui) 影響毗鄰電池，產(chan) 生連鎖反應，相繼引發爆燃或爆炸。例如在北京“4·16”火災處置過程中，先後發生4次以上不同規模的爆燃及1次劇烈爆炸。同時，事故現場大量成簇電池組底部係高壓包直流係統，長期處於(yu) 高壓帶電狀態，滅火過程中觸電危險性*高。

3.4持續時間長，作戰消耗大

由於(yu) 電化學儲(chu) 能電池火災所具有的連鎖反應、持續放熱、複燃複爆特性，在明火撲滅後電池仍呈現無焰通紅高溫狀態，需要持續冷卻降溫。北京“4·16”火災處置滅火冷卻時間長達53h，累計用水近2萬(wan) t，參戰力量多、人員輪換頻次高，對現場人員、器材裝備、滅火劑等保障要求*高。

4 當前電化學儲(chu) 能電站存在的突出問題

目前，我國儲(chu) 能電站的設計主要依據GB51048—2014《電化學儲(chu) 能電站設計規範》。該標準於(yu) 2015年8月1日實施，編製時我國電力儲(chu) 能技術正處於(yu) 發展初期，儲(chu) 能技術尚處於(yu) 試驗驗證階段，應用場景較為(wei) 簡單。而目前我國電力儲(chu) 能的規模、應用場景都發生了顯著變化，安全風險顯著提升，消防安全問題亟待解決(jue) 。

4.1消防安全定位偏低

從(cong) 電化學儲(chu) 能電站火災實例看，一旦發生火災，燃燒強度大，火焰呈噴射狀，並伴有爆炸、高溫、濃煙等現象，處置異常艱難，但依據GB51048—2014《電化學儲(chu) 能電站設計規範》，除鈉硫電池外，鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池的電池室、屋外電池設備、配電裝置等的火災危險性均為(wei) 戊類，造成防火措施標準偏低，對不同裝機容量的電化學儲(chu) 能電站與(yu) 周邊建築的防火間距、防火分隔設施、消防設施的具體(ti) 要求過於(yu) 籠統，無法有效針對性控製、撲滅火災及減少火災危害。

4.2火災探測預警機製不合理

各類電化學電池失效早期已存在多種異常信號，如異常電壓、異常電流、異常溫度等，如果能夠在早期檢測預警到問題，就能夠有效將問題解決(jue) 在成災之前。但現行標準GB51048—2014《電化學儲(chu) 能電站設計規範》11.4.1條規定“主控通信室、配電裝置室、繼電器室、電池室、PCS室、電纜夾層及電纜豎井應設置火災自動報警係統。”，且規定設置的火災探測器類型為(wei) 感煙或吸入式感煙探測器。目前，市場主流鋰離子儲(chu) 能電站也均如此設計，此設計要求無法對鋰離子電池早期問題進行有效檢測。

4.3防排煙設施設計滯後

電化學儲(chu) 能電站電池熱失控易產(chan) 生大量有毒、易燃煙氣，在密閉環境中，如遇電火花，具有發生爆炸的風險。防排煙設施可有效疏導煙氣流動，避免熱量積蓄、降低可燃氣體(ti) 燃燒爆炸臨(lin) 界濃度，是安全防護的重要基礎設施。但現有電化學儲(chu) 能電站大多沒有防排煙設計，有的也僅(jin) 采用常規建築防排煙設計，無針對電化學儲(chu) 能電池熱失控特征煙氣進行特殊設計，未考慮防爆性能化設計，造成電化學儲(chu) 能係統出現火災事故時無法及時排解煙氣，不利於(yu) 現場滅火。

4.4自動滅火設施設置針對性不強

電化學儲(chu) 能電池由於(yu) 起火燃燒原因複雜，且電池種類繁多，對於(yu) 電化學儲(chu) 能電池的火災不能以單一火災類型來對待。而目前儲(chu) 能電站自動滅火設置沒有明確的強製標準，僅(jin) 由各地建設企業(ye) 自行參照普通電子設備場所的設計要求設置，滅火措施，防控技術措施無法有效抑製電池燃燒，部分企業(ye) 仍采用傳(chuan) 統的水噴淋滅火係統，而水噴淋極有可能引發帶電體(ti) 及其線路短路誘發次生災害或擴大電氣事故，在撲救電化學儲(chu) 能電池火災中，無法發揮冷卻、窒息作用。

5 加強電化學儲(chu) 能電站火災處置能力的建議

5.1完善設計標準，提升消防安全水平

相關(guan) 部門要推動科研機構、企業(ye) 加強電化學儲(chu) 能電站相關(guan) 產(chan) 品和應用場景消防安全性能研究，推進儲(chu) 能安全技術創新，改善電化學儲(chu) 能電站行業(ye) 工藝過程、機械設備、裝置等環節的消防安全條件，完善站區平麵布置、防火分隔、消防設施等提升消防安全條件的設計規範。同時要製定完善儲(chu) 能產(chan) 品性能、安全性等檢測認證標準，提升行業(ye) 消防安全水平，從(cong) 源頭上降低消防安全風險。

5.2加強調研熟悉，完善滅火救援預案

從(cong) 國內(nei) 外儲(chu) 能電站火災情況看，對其發生火災的燃燒機理、內(nei) 部布局和危險性不掌握，是導致火災撲救時間長和人員傷(shang) 亡的主要原因。因此，消防救援隊伍要組織力量對轄區儲(chu) 能電站進行摸底排查，開展實地熟悉調研，了解行業(ye) 發展的現狀、趨勢、電站分布和安全風險。熟悉掌握每個(ge) 儲(chu) 能電站的具體(ti) 位置、儲(chu) 能類型、電池類型、容量規模、火災危險性、固定滅火設施、事故處置對策等基本情況，收集電站的平麵圖、裝機圖、流程圖、線路圖、控製圖等基礎資料，建立資料檔案庫，逐一製定滅火救援預案，真正摸清底數，做到心中有數。

5.3強化力量調度，確保協同高效處置

各地消防救援隊伍在接到電化學儲(chu) 能電站發生火災的報警後，應優(you) 先調派大功率大流量水罐和泡沫消防車、高倍數泡沫消防車、搶險救援消防車、大跨距舉(ju) 高噴射消防車、供氣消防車、幹粉消防車、遠程供水係統等車輛，以及遙控消防水炮、水力自擺消防水炮、高倍泡沫發生器、熱成像儀(yi) 、消防機器人、無人機、漏電探測儀(yi) 、測溫儀(yi) 、可燃氣體(ti) 檢測儀(yi) 、有毒氣體(ti) 檢測儀(yi) 、電絕緣裝具、絕緣剪斷鉗、備用氣瓶等器材和個(ge) 人防護裝備。同時，要調集電力、應急、公安、醫療、環保、供水等聯動力量以及相關(guan) 專(zhuan) 家到場輔助處置。確保能夠*一時間了解掌握儲(chu) 能電站情況，*一時間有效處置。

5.4依據現場規模，保持安全處置距離

消防救援力量到達後，應特別注意要從(cong) 上風或側(ce) 上風方向接近現場，並在事故區域的上風向或側(ce) 上風向劃定安全集結區。按照單個(ge) 獨立設置的撬裝式儲(chu) 能電站不少於(yu) 200m，2個(ge) 以上撬裝式儲(chu) 能電站不少於(yu) 500m，站房集中式單層布置的儲(chu) 能電站不少於(yu) 500m，站房集中式立體(ti) 布置（2層以上）的儲(chu) 能電站不少於(yu) 1000m的要求保持安全距離。參戰人員和車輛在安全集結區集結待命，不得貿然進入事故現場。在處置過程中要避開爆炸泄壓的門、窗、孔洞和泄爆口，確保參戰人員的安全。

5.5掌握現場情況，及時組織災情研判

到場的消防救援隊伍指揮員應及時組織對現場情況進行研判，核實確認事故現場是否已處於(yu) 輸入、輸出斷電狀態，核實事故電池堆（站）電池電化學體(ti) 係類型，單個(ge) 電芯、電池模塊（簇）容量和形狀，以及數量、電流、電壓、溫度、裝機容量等，預判*大爆炸破壞力波及範圍和有毒有害氣體(ti) 擴散範圍，為(wei) 人員疏散、警戒管控、車輛集結、處置區與(yu) 工作區劃分等提供依據。消防救援力量應根據現場研判評估意見，確定處置措施和處置時機。在情況不明的情況下，消防救援力量堅決(jue) 不靠近、不處置，不貿然進入。

5.6遵循處置原則，確保現場人員安全

消防救援隊伍在處置過程中要堅持“安全防禦、控製燃燒”的原則。經評估具備處置條件的，充分利用遙控消防水炮、水力自擺消防水炮、高噴消防車臂架水炮等遠距離控製火勢、冷卻降溫。對其他未著火的建築或區域設置水幕分隔保護。陣地部署完畢後，人員要及時撤離至安全區域；不具備處置條件的，要利用消防機器人稀釋、水幕分隔的方式，*一時間疏散人員，阻截輻射熱，保護周邊建築和重點目標。嚴(yan) 禁將水直接射向未著火的儲(chu) 能電池模塊（簇），避免處置不當造成儲(chu) 能電池模塊（簇）短路；對設置在露天區域的撬裝式儲(chu) 能電站火災，應在撬裝4個(ge) 角的鋼柱45°角方向，距離50m處設置移動水炮對兩(liang) 側(ce) 箱體(ti) 以及頂部進行冷卻，人員撤離至安全區域。明火撲滅後，應對電池堆（站）間內(nei) 的電池模塊（簇）、組合電池、單個(ge) 電芯進行持續冷卻至正常環境溫度。

6 hth下载地址Acrel-2000MG微電網能量管理係統

6.1概述

Acrel-2000MG儲(chu) 能能量管理係統是hth下载地址專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能電站研製的本地化能量管理係統，可實現了儲(chu) 能電站的數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、曆史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控製策略選擇，包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等。該係統不僅(jin) 可以實現下級各儲(chu) 能單元的統一監控和管理，還可以實現與(yu) 上級調度係統和雲(yun) 平台的數據通訊與(yu) 交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與(yu) 運維，確保儲(chu) 能係統安全、穩定、可靠、經濟運行。

6.2應用場景

適用於(yu) 工商業(ye) 儲(chu) 能電站、新能源配儲(chu) 電站。

6.3係統結構

6.4係統功能

6.4.1實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲(chu) 能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

6.4.2優(you) 化控製

通過分析曆史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，並結合分布式電源出力與(yu) 儲(chu) 能狀態，實現經濟優(you) 化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(ye) 綜合用電成本。

6.4.3收益分析

用戶可以查看光伏、儲(chu) 能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個(ge) 月的電量和收益。

6.4.4能源分析

通過分析光伏、風電、儲(chu) 能設備的發電效率、轉化效率，用於(yu) 評估設備性能與(yu) 狀態。

6.4.5策略配置

微電網配置主要對微電網係統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、新能源消納、逆功率控製等。

7 硬件及其配套產(chan) 品

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