鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為我國(guó)新興的電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)改善電網(wǎng)電能質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。

鋰電池具有能量密度高、循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，但危險(xiǎn)性也較大，目前國(guó)家尚未出臺(tái)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，本文將結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及鋰電池特點(diǎn)提出具體的防火措施。

1 鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)危險(xiǎn)源分析

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)隱患大致可分為兩方面：鋰電池的失控反應(yīng)和電氣設(shè)備的火災(zāi)隱患。根據(jù)消防法規(guī)，電池放??置位置（以下簡(jiǎn)稱電池艙）與高低壓電氣設(shè)備放置位置（以下簡(jiǎn)稱設(shè)備艙）為隔離設(shè)計(jì)。

1.1 鋰電池

鋰電池的充放電主要依靠化學(xué)反應(yīng)，充放電過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生熱能，如果電池本身產(chǎn)生的熱能超過(guò)電池的散熱能力，鋰電池的熱能就會(huì)積累起來(lái)不能及時(shí)散發(fā)，從而導(dǎo)致電池過(guò)熱。

電池內(nèi)部材料之間會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，包括SEI膜、電解液、正負(fù)極等的分解。分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，氣體導(dǎo)致電池發(fā)熱、膨脹。過(guò)高的熱量會(huì)導(dǎo)致電池失控，電池溫度快速上升，電池材料自燃。電池液分解會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，當(dāng)可燃?xì)怏w達(dá)到一定密度（與很多因素有關(guān)，需要具體測(cè)量）時(shí)，遇明火就會(huì)爆炸。

因此鋰離子電池不受控反應(yīng)的表面現(xiàn)象主要有電池發(fā)熱、鼓脹、冒煙、明火燃燒等。上述問(wèn)題的出現(xiàn)主要是因?yàn)殡姵貎?nèi)部化學(xué)反應(yīng)太快且不可控，而過(guò)充、穿刺、火源、擠壓、短路等外界因素都會(huì)加劇上述問(wèn)題的發(fā)生。

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池模組采用多塊電池組串聯(lián)設(shè)計(jì)，這無(wú)疑加大了鋰電池的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且一旦某一塊電池性能不穩(wěn)定發(fā)生火災(zāi)，勢(shì)必會(huì)影響周邊鋰電池的安全，進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)范圍。

1.2 電氣設(shè)備

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中有大量的用電設(shè)備，用電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性必然會(huì)影響電池的性能和穩(wěn)定性，例如意外操作帶來(lái)的高電壓、大電流、雷電浪涌等沖擊。

由于鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中存在較多的弱電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等，系統(tǒng)中的高電壓、大電流必然會(huì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)造成很大的影響，同時(shí)也會(huì)造成儲(chǔ)能系統(tǒng)保護(hù)器件的損壞，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，甚至引發(fā)火災(zāi)。

2 消防安全措施

鋰電池防火安全是整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵防范環(huán)節(jié)，下面將從多個(gè)方面探討鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的防火安全措施。

2.1 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

鋰電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)失控，因自身內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)或外界刺激而發(fā)生自燃的過(guò)程，會(huì)釋放出氣體、煙霧和能量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生明火。

借鑒《火電廠、變電站防火設(shè)計(jì)規(guī)范》、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將鋰電池放置位置與其他設(shè)備分隔，并安裝專門的煙霧、溫度、光線等探測(cè)器。此外，還可根據(jù)不同鋰電池的特點(diǎn)，有針對(duì)性地增加相應(yīng)的氣體探測(cè)器。

確保在電池失控初期能及時(shí)檢測(cè)電池艙內(nèi)氣體變化并發(fā)出報(bào)警，斷開(kāi)用電設(shè)備電源，并將報(bào)警信息上傳至后臺(tái)監(jiān)控人員。如圖1所示。

2.2 自動(dòng)滅火裝置

鋰電池本身含有化學(xué)物質(zhì)，電池艙內(nèi)連接著很多電氣設(shè)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，若不能及時(shí)撲滅，隨著時(shí)間的推移，造成的損失會(huì)越來(lái)越大。因此儲(chǔ)能系統(tǒng)配置的滅火裝置必須是通過(guò)隔絕氧氣，快速窒息火勢(shì)的物理方法。

儲(chǔ)能系統(tǒng)行業(yè)最廣泛使用的滅火氣體是七氟丙烷。

七氟丙烷是一種無(wú)色、無(wú)味、不導(dǎo)電的氣體，其滅火原理是抑制化學(xué)反應(yīng)，以液體形式儲(chǔ)存，以氣體形式釋放，噴射后氣體可通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)排出室內(nèi)。滅火后不會(huì)有殘留物，不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備造成損壞或污染。儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝七氟丙烷滅火裝置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

2.2.1 噴霧濃度

七氟丙烷噴灑濃度需要根據(jù)實(shí)際防護(hù)區(qū)域大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果滅火劑充裝量不足，可能造成部分小防護(hù)區(qū)域滅火濃度過(guò)高，而部分防護(hù)區(qū)域滅火濃度過(guò)低，達(dá)不到理想滅火條件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，滅火劑充裝量應(yīng)比實(shí)際濃度留有9%的余量，才能達(dá)到完全滅火的要求。

2.2.2 全封閉空間設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)氣體滅火需要密閉空間，才能保證滅火劑的有效性。在釋放HFC-227ea時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)運(yùn)維人員在電池艙內(nèi)操作時(shí)，應(yīng)設(shè)置滅火裝置，以防發(fā)生意外或誤操作而引發(fā)火災(zāi)，確保人員安全。

七氟丙烷噴灑后，其液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)，室內(nèi)壓力迅速升高，需在電池艙內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的泄壓口，泄壓裝置應(yīng)根據(jù)室內(nèi)建筑或容器結(jié)構(gòu)所能承受的壓力大小專門設(shè)計(jì)，防止密閉建筑或容器產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 注射時(shí)間的確定

如果鋰電池或其他設(shè)備固體表面預(yù)燃時(shí)間較長(zhǎng)，內(nèi)部會(huì)形成深層火災(zāi)，對(duì)消防安全十分不利。滅火裝置雖然可以撲滅外部明火，但內(nèi)部仍在燃燒，在條件滿足時(shí)會(huì)復(fù)燃。如果預(yù)燃時(shí)間足夠長(zhǎng)，可能會(huì)引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)事故。因此，根據(jù)相關(guān)規(guī)定和實(shí)際運(yùn)行情況，將七氟丙烷實(shí)際噴射時(shí)間設(shè)置為8s較為合理。

2.3 空調(diào)機(jī)組

鋰電池的充電和放電是一個(gè)不斷向外界散發(fā)熱量的過(guò)程，而環(huán)境溫度會(huì)對(duì)鋰電池的性能產(chǎn)生明顯的影響。鋰電池在-40℃到60℃的溫度特性如圖2所示。

如圖2所示，隨著溫度的降低，鋰電池的容量衰減速度加快，而高溫對(duì)鋰電池的容量變化影響并不明顯。另外，在高溫條件下，電池艙內(nèi)的電器設(shè)備和電池會(huì)增加火災(zāi)發(fā)生的概率。因此，儲(chǔ)能電站電池艙的最佳溫度為25℃，在此溫度下電池容量和安全性最佳。

2.4 鏈接

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常需要運(yùn)維人員進(jìn)行日常巡檢，為防止運(yùn)維人員誤操作或突發(fā)事故造成人員傷亡，電池艙內(nèi)必須安裝防火門及排風(fēng)系統(tǒng)，并在外部設(shè)置急停按鈕，并與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火裝置等消防設(shè)備形成多級(jí)安全聯(lián)動(dòng)裝置，其運(yùn)行策略如表1所示。

2.5 電氣設(shè)計(jì)

針對(duì)用電設(shè)備可能產(chǎn)生的高電壓、大電流等問(wèn)題，在高壓側(cè)電路加裝防雷、防浪涌設(shè)備及相應(yīng)的避雷器，設(shè)計(jì)時(shí)合理利用原有建筑的防雷、接地設(shè)施，從整體上降低高電壓、大電流的風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)儲(chǔ)能系統(tǒng)布局時(shí)，需考慮巡檢及應(yīng)急處理的便利性，移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備區(qū)域應(yīng)設(shè)置不少于2個(gè)出入口。放置在地面的儲(chǔ)能系統(tǒng)周圍需預(yù)留寬度至少3.5m的消防通道，放置在地下室的儲(chǔ)能系統(tǒng)需預(yù)留寬度至少1.5m的逃生通道，并在周圍設(shè)置消防設(shè)施及標(biāo)志。

為了保證鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防電源的穩(wěn)定性，消防設(shè)備用電必須單獨(dú)配電，電纜必須采用耐火電纜，火災(zāi)報(bào)警裝置、聯(lián)動(dòng)控制器等消防設(shè)備用電均由此單獨(dú)配電系統(tǒng)供電。

3 結(jié)論

隨著鋰電池技術(shù)的不斷完善，其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)也將得到廣泛的應(yīng)用。如何保證鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性是影響其發(fā)展的第一要素。本文結(jié)合自身建設(shè)經(jīng)驗(yàn)以及行業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性進(jìn)行探討。聯(lián)安消防技術(shù)工程有限公司愿與社會(huì)共同努力，推動(dòng)儲(chǔ)能行業(yè)的安全發(fā)展。