電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火戰(zhàn)術(shù)措施探討

＊張 濤

（格爾木市消防救援支隊(duì) 青海 816000）

1.電化學(xué)儲(chǔ)能電站概況

2020年9月第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上，中國(guó)提出了“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，風(fēng)電、光電等可再生能源與清潔能源在國(guó)家能源戰(zhàn)略體系中所占的比重和結(jié)構(gòu)正在逐步上升，并且預(yù)計(jì)在2040年左右裝機(jī)容量將全面超越火電，成為國(guó)內(nèi)最大的兩種發(fā)電形式。

但受氣象條件影響，相比燃燒煤炭、石油、天然氣的火電廠，風(fēng)能和太陽能發(fā)電廠存在間歇性和波動(dòng)性兩個(gè)問題，為此提出了分布式能源網(wǎng)的解決方案。而儲(chǔ)能電站則作為解決電力供需時(shí)差以及平滑風(fēng)光等新能源的輸出功率，是必不可少的重要一環(huán)。目前依據(jù)技術(shù)的不同，主流儲(chǔ)能電站可分為四類：抽水儲(chǔ)能、熔融鹽儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能以及電化學(xué)儲(chǔ)能。根據(jù)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊公開信息，截至2020年底，我國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)規(guī)模在35.6GW，約占全球市場(chǎng)的18.6%，同比增長(zhǎng)為9.8%。其中，抽水蓄能的總裝機(jī)規(guī)模是最大的，約為31.79GW，同比增長(zhǎng)為4.9%；電化學(xué)儲(chǔ)能的總裝機(jī)規(guī)模位列全球第二，為3269.2MW，同比增長(zhǎng)為91.2%。抽水儲(chǔ)能和熔融鹽儲(chǔ)能目前主要應(yīng)用在水電站和光熱電站中，飛輪儲(chǔ)能則逐步在艦艇和軌道載具上進(jìn)行探索，都有著地理?xiàng)l件或者單位儲(chǔ)能效率相對(duì)較低的限制，所以電化學(xué)儲(chǔ)能是目前應(yīng)用最廣泛、前景最明朗的形式。

2.電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故及原因

雖然電化學(xué)儲(chǔ)能擁有著明顯的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展速度，但近年來此類事故時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2011年—2022年1月份間全球各地共計(jì)發(fā)生37起爆炸事故及電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)，其中，1起在日本、6起在美國(guó)、1起在比利時(shí)、24起在韓國(guó)、4起在中國(guó)。

同時(shí)根據(jù)國(guó)家應(yīng)急管理部消防救援局發(fā)布的數(shù)據(jù)，采取和電化學(xué)儲(chǔ)能電站相似技術(shù)的電動(dòng)汽車，在2022年第一季度，國(guó)內(nèi)接報(bào)的新能源汽車火災(zāi)共計(jì)640起，相比上年同期上升了32%。目前電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用正處于探索階段，處于“澡盆曲線”的“早期失效期”，事故風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)應(yīng)的也較為突出。

圖1 電化學(xué)儲(chǔ)能電站發(fā)展“澡盆曲線”

(1)典型事故案例

2017年3月7日，山西某火力發(fā)電廠的儲(chǔ)能系統(tǒng)中輔助機(jī)組的AGC調(diào)頻項(xiàng)目突發(fā)火災(zāi)，這次火災(zāi)總共燒毀一個(gè)單位的三元鋰離子電池儲(chǔ)能、416個(gè)儲(chǔ)能鋰電池包、26個(gè)電池管理系統(tǒng)包以及其他相關(guān)設(shè)施若干。同年12月22日該電廠9MW調(diào)頻項(xiàng)目2號(hào)儲(chǔ)能集裝箱柜發(fā)生火災(zāi)，并伴有爆炸次生災(zāi)害，山西省公安消防總隊(duì)（現(xiàn)山西省消防救援總隊(duì)）已向全省發(fā)出通報(bào)（晉公消辦〔2017〕382號(hào)）。2018年8月3日，江蘇揚(yáng)中某用戶側(cè)磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)，一個(gè)儲(chǔ)能集裝箱整體燒毀。

而國(guó)內(nèi)目前影響最大的是，2021年4月16日，北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充技術(shù)有限公司大紅門光儲(chǔ)充電站發(fā)生火災(zāi)，并出現(xiàn)無預(yù)兆爆炸，造成2名消防救援人員犧牲，1名消防救援人員受傷，同時(shí)電站1人失聯(lián)。針對(duì)這一問題國(guó)內(nèi)多部門自2018年起，先后下發(fā)多次行業(yè)規(guī)范政策和整改方案。

表1 近年國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能消防行業(yè)相關(guān)政策

國(guó)外最典型的案例則是，2019年4月19日，美國(guó)亞利桑那州APS公司下屬M(fèi)cMicken變電站的2MW/2.47MWh鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生著火爆炸事故，造成4名消防人員受傷，不僅在全球范圍內(nèi)引起了高度重視也第一時(shí)間發(fā)布了調(diào)查結(jié)果，美國(guó)消防救援部門也印發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)處置程序。

(2)事故原因

電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備利用氧化還原機(jī)理在單位空間內(nèi)存儲(chǔ)能量密度極高，雖然國(guó)內(nèi)外不斷出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝、運(yùn)行流程的規(guī)范，但由于其本身特性，易導(dǎo)致電池內(nèi)部熱量積聚，一旦超過臨界點(diǎn)即會(huì)產(chǎn)生電池?zé)崾Э?。并且熱失控傳播迅速，?huì)在電池模塊、電池柜、乃至儲(chǔ)能電池艙間傳播，電池燃燒時(shí)釋放的可燃?xì)怏w將進(jìn)一步延長(zhǎng)燃燒時(shí)間，增加撲滅難度，甚至造成爆炸，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和人員損傷，目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為引起熱失控主要有內(nèi)部和外部?jī)煞N原因：

①電池本體的內(nèi)部因素。主要有兩種情況：一是由于隔膜表面導(dǎo)電粉塵、正負(fù)極錯(cuò)位、極片毛刺和電解液分布不均等生產(chǎn)工藝造成的影響；二是材料中金屬雜質(zhì)等電池材料造成的影響。

②運(yùn)維過程的外部因素。主要有三種情況：一是由于電池一致性差造成的溫場(chǎng)不均勻；二是由于長(zhǎng)時(shí)間使用負(fù)極表面析鋰、低溫充電、大電流充電、負(fù)極性能衰減過快或震動(dòng)、跌落、碰撞等造成的短路；三是由于大電流充電導(dǎo)致的局部過充或極片涂層、電液分布不均引起的局部過充，以及正極性能衰減過快等造成的過充。

(3)災(zāi)害特點(diǎn)

儲(chǔ)能電站作為新興產(chǎn)業(yè)，滅火救援相關(guān)經(jīng)驗(yàn)也較為缺乏，實(shí)戰(zhàn)中造成人員傷亡和火勢(shì)難以控制的原因是多種方面的，主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：一是事故突發(fā)性強(qiáng)，火勢(shì)蔓延迅速，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；二是事故潛在危險(xiǎn)性大，極易釋放一氧化碳、二氧化碳、氫氣、烷烯烴等有毒氣體，伴隨較高爆炸的危險(xiǎn)；三是火災(zāi)撲救技術(shù)要求高，國(guó)內(nèi)消防救援隊(duì)伍普遍沒有撲救此類火災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)，由于電池具備持續(xù)放電特性，明火熄滅后復(fù)燃風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)持續(xù)冷卻降溫有較高的要求，同時(shí)也易引發(fā)次生災(zāi)害；四是處置難度較大,由于電池組存放在箱壁厚度為110mm的集裝箱內(nèi)無法展開內(nèi)攻,燃燒初期撲救處置方法不多。

3.新能源滅火救援作戰(zhàn)編成

為應(yīng)對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站災(zāi)害事故特點(diǎn)，實(shí)施針對(duì)性力量部署和專業(yè)化救援工作，消防救援局近年來針對(duì)化工災(zāi)害事故作戰(zhàn)提出的指導(dǎo)意見具有較強(qiáng)的參考價(jià)值，該指導(dǎo)意見結(jié)合了全國(guó)大部分應(yīng)急救援隊(duì)伍的作戰(zhàn)實(shí)力，對(duì)作戰(zhàn)力量的基本構(gòu)成劃分較為合理，因此可以參照該指導(dǎo)意見，建設(shè)有針對(duì)性的專業(yè)滅火救援編隊(duì)，針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站以及配套的電池金屬生產(chǎn)廠房、光伏光熱發(fā)電裝置等上下游產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)全方位、全覆蓋的力量體系建設(shè)。

(1)作戰(zhàn)單元

在新能源事故火災(zāi)處置中其最基本的作戰(zhàn)力量，要能夠形成獨(dú)立的作戰(zhàn)體系。由于多數(shù)新能源事故具有環(huán)境復(fù)雜、不確定性大等特殊情況，要依據(jù)消防站總?cè)藛T編制和車輛數(shù)量，依托消防人員、車輛和裝備構(gòu)成各種作戰(zhàn)單元，針對(duì)化學(xué)儲(chǔ)能電站、發(fā)電機(jī)組、火災(zāi)不同類型事故，編制相應(yīng)作戰(zhàn)單元的組成要素和作戰(zhàn)能力要求。

①通信指揮單元建議編配2車12人，由1輛衛(wèi)星通信指揮車和1輛越野通信車組成。主要承擔(dān)化工火災(zāi)事故處置途中和現(xiàn)場(chǎng)通信、調(diào)度指揮和研判會(huì)商等任務(wù)，根據(jù)事故規(guī)模選擇出動(dòng)車輛及人數(shù)。同時(shí)由于新能源發(fā)電機(jī)組多位于人煙稀少、信號(hào)羸弱的區(qū)域，所以除了常規(guī)通信設(shè)備外還要充分考慮“三斷”情況，并充分利用雙光無人機(jī)偵查優(yōu)勢(shì)，輔助滅火救援行動(dòng)。

②防化偵檢單元建議編配2車12人，由1輛防化洗消車和1輛水罐消防車組成。儲(chǔ)能電池?zé)崾Э剡^程中會(huì)產(chǎn)生大量的可燃性氣體和易燃的電解液，易造成爆燃或爆炸，該單元主要負(fù)責(zé)前期偵檢，要事先設(shè)立車輛、人員、裝備陣地，實(shí)時(shí)了解泄露具體情況以便實(shí)施處置作業(yè)。

③舉高噴射單元建議編配3車10人，由2輛大功率水罐（泡沫）車和1輛高噴消防車組成。單個(gè)高噴車作戰(zhàn)單元滅火泡沫強(qiáng)度為≥80L/s。作戰(zhàn)車輛數(shù)量和消防泵及臂端炮流量匹配依據(jù)：高噴消防車臂端炮流量在60～80L/s，且橫向跨距較長(zhǎng)，可以在遠(yuǎn)端實(shí)施冷卻滅火，重點(diǎn)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光熱發(fā)電塔高位作業(yè)。

④滅火冷卻單元建議編配3車14人，由2輛水罐（泡沫）車、1輛大功率水罐（泡沫）車組成。單個(gè)作戰(zhàn)單元冷卻強(qiáng)度為≥80L/s。作戰(zhàn)車輛數(shù)量和消防泵流量匹配依據(jù)：泡沫車作戰(zhàn)單元主戰(zhàn)車泵流量應(yīng)≥150L/s，目前國(guó)內(nèi)主流配備的水罐（泡沫）車大多是中低功率，水泵流量大多為60～80L/s，可實(shí)施一拖二作戰(zhàn)單元構(gòu)成方式，保障主戰(zhàn)車的供液不間斷，才能形成最大作戰(zhàn)能力。

⑤沙土滅火單元建議編配6車15人，由1輛裝載機(jī)、1輛拋沙滅火車、1輛混凝土攪拌車、1輛混凝土噴漿車、2輛沙土裝載車組成。其搭配是應(yīng)對(duì)金屬類火災(zāi)，依托地方施工單位，利用大型工程機(jī)械，采用混凝土、砂石土構(gòu)建圍堰和封鎖墻，阻礙火勢(shì)發(fā)展的處置作業(yè)。

⑥破拆單元建議編配2車8人，由1輛搶險(xiǎn)救援車、1輛多功能搶險(xiǎn)救援車組成。為應(yīng)對(duì)金屬火災(zāi)、化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)等中對(duì)廠房、機(jī)組箱外殼及其他情況進(jìn)行切割、拖拽、破碎、抓取、剪切、起吊、破障等作業(yè)，輔助滅火救援行動(dòng)。

⑦拖車炮單元建議編配3車12人，由1門拖車炮、2輛大功率（水罐）泡沫車組成。每個(gè)拖車炮滅火冷卻強(qiáng)度為≥200L/s。當(dāng)前，單個(gè)拖車炮的流量在200L/s左右，對(duì)于那些極端條件的高溫?zé)彷椛浠馂?zāi)撲救中優(yōu)勢(shì)非常突出，但是因其流量較大，只有搭配大功率消防車、供液泵車和遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)共同使用才能正常工作，并且發(fā)揮其作用。

⑧遠(yuǎn)程供水單元建議編配4車18人，由1輛供液泵車和1套遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)（1輛泵浦車、2輛水帶鋪設(shè)車）組成。根據(jù)實(shí)際需求向作戰(zhàn)單元進(jìn)行供水或供泡沫液作業(yè)，保證不間斷射流。

⑨干粉注氮單元建議編配1車6人，由1輛制氮干粉聯(lián)用消防車組成。針對(duì)發(fā)電、帶電設(shè)備、可燃?xì)怏w、活潑金屬等不適用于水和沙土進(jìn)行撲救的火災(zāi)事故，進(jìn)行精準(zhǔn)救援。

同時(shí)設(shè)置戰(zhàn)勤保障單元，根據(jù)任務(wù)需求配置相應(yīng)車輛。

(2)作戰(zhàn)編隊(duì)

作戰(zhàn)編隊(duì)是假定以發(fā)生重特大新能源災(zāi)害事故或同時(shí)發(fā)生多起新能源災(zāi)害事故為對(duì)象，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)標(biāo)建設(shè)的多種力量。

①儲(chǔ)能電站滅火救援編成，包括1個(gè)單元通信指揮、3個(gè)單元冷卻滅火、1個(gè)單元干粉注氮、1個(gè)單元破拆輔助、1個(gè)單元舉高噴射、1個(gè)單元防化偵檢、1個(gè)單元遠(yuǎn)程供水、1個(gè)單元拖車炮、1個(gè)單元戰(zhàn)勤保障，共計(jì)33輛車約134人。

②儲(chǔ)能電站滅火救援編成，包括1個(gè)單元通信指揮、1個(gè)單元冷卻滅火、2個(gè)單元沙土滅火、1個(gè)單元防化偵檢、1個(gè)單元破拆輔助、1個(gè)單元戰(zhàn)勤保障（重點(diǎn)強(qiáng)化沙土保障），共計(jì)35輛車約90人。

③新能源汽車滅火救援編成，包括1個(gè)單元通信指揮、1個(gè)單元冷卻滅火、1個(gè)單元沙土滅火（大型車輛事故），共計(jì)11輛車約41人。

④發(fā)電裝置滅火救援編成，包括1個(gè)單元通信指揮、1個(gè)單元冷卻滅火、1個(gè)單元防化偵檢、1個(gè)單元遠(yuǎn)程供水、1個(gè)單元拖車炮、3個(gè)單元舉高噴射、1個(gè)單元干粉注氮、1個(gè)單元破拆輔助、1個(gè)單元戰(zhàn)勤保障，共計(jì)33輛車約126人。

4.結(jié)語

得益于豐富的光資源、風(fēng)能、熔鹽礦藏以及大片廣袤的可利用土地，我國(guó)西北部城市正逐漸成長(zhǎng)為新能源技術(shù)發(fā)展重要產(chǎn)地，而電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是駁接各類新能源技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用的重要渠道，按照國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)來看，電化學(xué)儲(chǔ)能電站災(zāi)害事故發(fā)生的上升趨勢(shì)已經(jīng)難以避免。如果依據(jù)傳統(tǒng)滅火救援戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，很明顯是滿足不了實(shí)際需求，那就需要多個(gè)部門協(xié)調(diào)作業(yè)，需要建立相應(yīng)的機(jī)制，并且加強(qiáng)研究方案、創(chuàng)新實(shí)操方法、增強(qiáng)裝備配置、固化打法，把分隊(duì)作戰(zhàn)效能最大發(fā)揮出來。并且對(duì)應(yīng)急救援部門的現(xiàn)有裝備作戰(zhàn)能力進(jìn)行全方位評(píng)估，突出高精尖滅火救援裝備效能，優(yōu)化現(xiàn)有裝備結(jié)構(gòu)，讓救援隊(duì)伍力量著重“練響應(yīng)集結(jié)、練協(xié)同配合、練聯(lián)合作戰(zhàn)”實(shí)現(xiàn)從數(shù)量規(guī)模型向質(zhì)量效能型轉(zhuǎn)變，更好地應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的各類災(zāi)害事故。