電池儲能電站消防滅火措施探討

朱亞平

上海電力設(shè)計院有限公司

電池儲能電站消防滅火措施探討

朱亞平

上海電力設(shè)計院有限公司

對電池儲能電站內(nèi)各類電池性能及儲能建筑特點加以分析研究，結(jié)合國內(nèi)外規(guī)范和設(shè)施生產(chǎn)制造情況，對電池儲能電站消防滅火措施進行探討和優(yōu)化，以期對今后電池儲能電站的建造形成技術(shù)支撐。

電池儲能；消防滅火

大力開發(fā)和利用清潔能源和可再生能源，成為世界各國保障能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保護生態(tài)環(huán)境、減少溫室氣體排放的重要措施，也是我國實現(xiàn)經(jīng)濟社會資源和環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的必由之路。風能和太陽能作為可再生能源的重要組成部分，具有波動性和間歇性的特點，風、光獨立運行供電系統(tǒng)很難提供連續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，其資源的不穩(wěn)定性和間歇性造成其能源品質(zhì)較差，大規(guī)模并網(wǎng)勢必會影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。采用風光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是解決新能源并網(wǎng)問題的有效途徑之一。在這種形勢下，電池儲能電站應(yīng)運而生，取得了長足的進步。但是關(guān)于電池儲能電站的研究和投入相對還很不足，可供借鑒的項目較少，應(yīng)用經(jīng)驗較少，電池儲能電站的消防滅火方面的研究更是少之又少。

1 各類儲能電池特性及應(yīng)用

目前我國電池儲能工程應(yīng)用較多的儲能電池有鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池、鋰電池等。

鉛酸電池技術(shù)較為成熟，應(yīng)用廣泛，壽命長，價格低，可以大電流放電，缺點是存在鉛污染，能量密度低，稍顯笨重。鉛酸電池室可以獨立建造也可與配電裝置樓等合建。

鈉硫電池具有較高的儲能效率（約89%），同時還具有輸出脈沖功率的能力，體積小，壽命長，原材料廣，制備成本低，不受場地限制，維護方便。但電池的一致性不好，此外，由于硫具有腐蝕性，電池的護體需要經(jīng)過嚴格耐腐處理。鈉硫電池還存在易燃易爆的特性。日本鈉硫電池儲能設(shè)備發(fā)生過爆炸事故。

液流電池系統(tǒng)組裝設(shè)計靈活，易于模塊組合，蓄電規(guī)?？纱罂尚?。電池系統(tǒng)可高速響應(yīng)，高功率輸出。電池系統(tǒng)易于維護，安全穩(wěn)定。使用壽命長，維護成本低，系統(tǒng)響應(yīng)快，但液流電池有漏液問題，鋅溴液流電池中溴的毒性和腐蝕性等問題難以解決。液流電池無爆炸可能性。

磷酸鐵鋰電池安全可靠，全密封，不怕火燒，不爆炸，體積小，重量輕，綠色環(huán)保。缺點是生產(chǎn)成本高，一次性投入多。一致性問題和循環(huán)壽命還有待進一步加強。

2 電池儲能電站消防滅火措施

儲能電站建筑物主要為各電池房（室），各類電池由于產(chǎn)品特性和裝設(shè)要求的不同，大多都設(shè)計為單獨建筑物。如磷酸鐵鋰電池房、鈉硫電池房、液流電池房、鉛酸電池房等等，此外還有儲能站用電房等配電建筑。各類建筑的消防滅火也有其各自的要求。

2.1 一般消防措施

消防設(shè)計必須貫徹“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，立足自防自救。 針對不同建（構(gòu)）筑物和設(shè)施，采取不同消防措施。在工藝設(shè)計、設(shè)備及材料選用、平面布置、消防通道均按照有關(guān)消防規(guī)定執(zhí)行。

儲能電站通常和光伏、太陽能以及輸變電站等聯(lián)合建造，故儲能電站內(nèi)一般不設(shè)單獨的生活建筑。根據(jù)電池特性，儲能電池房大多為全戶內(nèi)布置方式，單層建筑，占地面積大，很多超過2000 m2。根據(jù)火災(zāi)危險性分類，儲能電池房屬于丁戊類建筑，體積超過3 000 m3時需要設(shè)置室外消防系統(tǒng)和室外消火栓，但依規(guī)范可不設(shè)置室內(nèi)消火栓。

儲能電池建筑均需設(shè)置移動式滅火器。儲能的電池設(shè)備及配電設(shè)施通常怕水，滅火器型式可選用干粉型和氣體型，不宜采用水型滅火器。各儲能電池建筑內(nèi)，尤其鈉硫電池房還應(yīng)設(shè)置消防砂箱，內(nèi)設(shè)適當數(shù)量的黃砂，消防砂箱相應(yīng)需配置消防鏟、消防斧、消防桶等輔助設(shè)施。

2.2 特殊消防措施

（1）措施確定

目前針對儲能電池的特殊消防設(shè)施的布置，主要依據(jù)日本《電力貯存用電池規(guī)程》規(guī)定的鈉硫電池房滅火設(shè)備配置要求，對于其他儲能電池，該規(guī)程也規(guī)定當防火目標物的設(shè)置電氣設(shè)備部分的地面面積在200 m2以上時，義務(wù)附加設(shè)置蒸汽噴霧泡沫滅火設(shè)備、鹵化的滅火設(shè)備或粉末滅火設(shè)備。表1、表2即為《電力貯存用電池規(guī)程》規(guī)定的滅火設(shè)備設(shè)置數(shù)量配置及種類要求。圖1為滅火設(shè)備圖示。

表1 滅火設(shè)備種類

表2 滅火設(shè)備設(shè)置數(shù)量

綜合日本規(guī)程圖表，鈉硫電池裝設(shè)面積在100m2以下時，只需設(shè)置一個小型滅火器和干砂器，裝設(shè)面積在100 m2以上時，需要每100 m2設(shè)置一個小型滅火器和干砂器，在專用的建筑內(nèi)且裝設(shè)面積在200 m2以上時，就需要設(shè)置蒸汽噴霧泡沫滅火設(shè)備、鹵化物粉末滅火設(shè)備、粉末滅火設(shè)備，該處第三種滅火設(shè)備按圖示指代的是自動滅火設(shè)備。在中國，鹵化物滅火設(shè)備由于其對大氣的破壞作用早已限制使用，蒸汽噴霧泡沫滅火設(shè)備用于電氣火災(zāi)還不到成熟可靠的程度，粉末滅火設(shè)備的自動式在國內(nèi)使用較多的有懸掛式干粉滅火器，但其多用于電纜隧道、電纜層等層高較低的場所。在中國對電氣火災(zāi)最常用也比較有效的自動滅火系統(tǒng)就是氣體滅火系統(tǒng)。所以，日本規(guī)程里的第3種滅火設(shè)備，在中國比較適用的就是氣體滅火系統(tǒng)。

圖1 滅火設(shè)備圖示

目前國內(nèi)各修編或已編的儲能規(guī)范，大多依據(jù)日本規(guī)程進行規(guī)定。綜合日本經(jīng)驗以及國內(nèi)規(guī)范的規(guī)定，基本明確了儲能電池特殊消防的配置要求，即：電池設(shè)置在專用的建筑物內(nèi)時，裝設(shè)面積超過200 m2就需要設(shè)計自動氣體滅火系統(tǒng)。

在某些示范性儲能項目中，考慮到單座儲能室設(shè)備造價昂貴，發(fā)生火災(zāi)后損失嚴重，而且建筑體積均較大，故雖然建筑內(nèi)每間房間的電池裝設(shè)面積并非全部超過200 m2，但整體仍然采用了氣體滅火系統(tǒng)。

（2）氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火系統(tǒng)適用于撲救電氣火災(zāi)、固體表面火災(zāi)、液體火災(zāi)和滅火前能切斷氣源的氣體火災(zāi)。這是從廣義角度規(guī)定的，具體來說，應(yīng)是指不適宜用水保護或滅火的場所或?qū)ο?，如電器和電子設(shè)備、通訊設(shè)備，易燃可燃的液體和氣體，貴重物品和財產(chǎn)存放場所。

1）滅火介質(zhì)的選擇

我國政策允許使用的氣體滅火劑，其中技術(shù)比較成熟，綜合性能指標比較合理，具有實際推廣應(yīng)用價值的有：IG-541、七氟丙烷、三氟甲烷、六氟丙烷、IG-100、二氧化碳等。

2）系統(tǒng)組成及原理

①滅火系統(tǒng)

儲能電池室采用的氣體滅火系統(tǒng)為管網(wǎng)式全淹沒系統(tǒng)，由噴頭、管網(wǎng)、鋼瓶、滅火藥劑、啟動裝置構(gòu)成。

根據(jù)要求不同，系統(tǒng)一般劃分為2～8個防火分區(qū)。系統(tǒng)采用全淹沒組合分配方式。以最大的滅火區(qū)域設(shè)計用量，這樣既能滿足滅火要求，又可降低系統(tǒng)造價。

系統(tǒng)可以用電氣操作，氣動操作和手動機械操作，用戶可根據(jù)被保護處所的不同要求任意選擇與組合、控制氣體管路設(shè)有低泄安全閥，可有效防止氣瓶意外慢泄漏而可能導(dǎo)致的滅火劑誤放事故。

當防護區(qū)著火發(fā)出指令后，氮氣啟動裝置打開相應(yīng)的選擇閥，保證二氧化碳滅火劑順利通過輸送管道輸送到指定保護區(qū)域進行滅火。

②火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要由智能型感煙探測器、智能型感溫探測器、火災(zāi)報警控制器、氣體滅火控制盤、聯(lián)動電源箱、緊急啟停按鈕、聲光報警器、警鈴、放氣指示燈等組成。

氣體消防滅火原理詳見圖2。

圖2 氣體消防滅火原理圖

3）氣體滅火系統(tǒng)在應(yīng)用中需要注意的兩個問題

①防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強、泄壓口與自動泄壓閥

氣體滅火系統(tǒng)啟動時會向防護區(qū)噴放大量滅火氣體，引起防護區(qū)空氣壓力瞬間升高。此外，火災(zāi)燃燒產(chǎn)生的熱量也會使室內(nèi)空氣壓力有所升高。在噴放時火勢越大，時間越長，空氣壓力升高值就越大。因此，規(guī)范要求防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)(含門窗)承受內(nèi)壓的允許壓強(內(nèi)外壓強差)不宜低于1 200 Pa。防護區(qū)吊頂?shù)脑试S壓強一般達不到這一要求，故不將其視為防護區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)，而應(yīng)將吊頂以上部分的空間容積計入防護區(qū)總?cè)莘e中。防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)承受內(nèi)壓的允許壓強，應(yīng)由建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計給出。

全淹沒氣體滅火系統(tǒng)均需要在密閉性能良好的防護區(qū)設(shè)置泄壓口。其作用為一方面當防護區(qū)因滅火劑噴放壓力升高到一定值時，通過泄壓口將部分空氣和滅火劑及時向防護區(qū)外釋放，以保證防護區(qū)圍護結(jié)構(gòu)的安全；另一方面，防止因防護區(qū)噴放滅火劑時壓力升高造成門、窗爆破導(dǎo)致滅火失敗，火勢蔓延失控。

由于七氟丙烷、二氧化碳、三氟甲烷滅火劑密度比空氣大，為了減少滅火劑從泄壓口流失，規(guī)范規(guī)定上述氣體滅火系統(tǒng)的泄壓口應(yīng)開在防護區(qū)凈高的2/3以上部位，即泄壓口下沿高度不得低于防護區(qū)凈高的2/3。同時要求泄壓口宜設(shè)在外墻上。也就是說，如防護區(qū)存在外墻，應(yīng)設(shè)在外墻上；當防護區(qū)無外墻時，可設(shè)在與走廊相鄰的內(nèi)墻上。

目前國內(nèi)已有高質(zhì)量成品自動泄壓閥?；馂?zāi)發(fā)生時，氣體滅火系統(tǒng)啟動噴放滅火劑，防護區(qū)內(nèi)空氣壓強隨之升高。當壓力達到設(shè)定值時，泄壓閥測壓裝置發(fā)出動作信號，執(zhí)行機構(gòu)迅速將葉片迅速從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_啟狀態(tài)，快速釋放防護區(qū)的超壓空氣。當空氣壓力降至設(shè)定值以下時，測壓裝置再次給執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出動作信號，使執(zhí)行機構(gòu)復(fù)位，葉片關(guān)閉，保持防護區(qū)內(nèi)的滅火劑滅火濃度。除此外，機械式開啟泄壓閥也有應(yīng)用。

②氣體滅火系統(tǒng)有關(guān)安全要求

a 經(jīng)常有人工作的防護區(qū)的滅火劑設(shè)計濃度和實際使用濃度，不應(yīng)大于滅火劑的有毒性反應(yīng)濃度。

b 氣體滅火系統(tǒng)的手動控制與機械應(yīng)急操作應(yīng)有防止誤操作的警示標志與措施。

c 設(shè)有氣體滅火系統(tǒng)的場所，宜按建筑物、儲瓶間或樓層為單元配置2套空氣呼吸器。

3 結(jié)語

綜上所述，電池儲能電站的消防滅火除常規(guī)水消防、滅火器和消防砂箱之外，通常還需設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，氣體滅火系統(tǒng)采用有管網(wǎng)全淹沒式，滅火介質(zhì)可采用IG-541、七氟丙烷、三氟甲烷、六氟丙烷、IG-100、二氧化碳等。氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計安裝需特別注意防護區(qū)的壓力及安全要求。

Discuss on Battery Energy Storage Power Station Fire Fighting Measures

Zhu Yaping
Shanghai Electrical Power Design Institute Co.,Ltd

The author analyzes all kinds of battery performance inside battery energystorage power station and storage architecture characteristics. Combined with domestic and overseas regulation and equipment producing conditions, battery energy storage power station fire fighting measures are discussed and optimized to give technical support for battery energy storage power station construction in the future.

Battery Energy Storage, Fire Fighting

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.008