鋰離子電池在過充過放、過熱、機械碰撞等內(nèi)外部因素的作用下,容易引起電池隔膜崩潰、內(nèi)部短路,從而導致熱失控的發(fā)生,這是鋰離子電池發(fā)生安全問題的本質(zhì)原因。此外,鋰離子電池目前采用的電解液有機溶劑大多屬于易燃或可燃液體,這又增加了其發(fā)生火災的隱患。就目前傳統(tǒng)的安全消防措施而言,并不能有效抑制鋰離子電池的熱失控,從而導致初期火災迅速蔓延,進而演變?yōu)榇笠?guī)?;馂?。
2021年4月16日,北京市豐臺區(qū)南四環(huán)永外大紅門西馬廠甲14號院內(nèi)儲能電站起火,在對電站南區(qū)進行處置過程中,電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸,導致2名消防員犧牲,1名消防員受傷,電站內(nèi)1名員工失聯(lián)。磷酸鐵鋰電池儲能電站的安全引起各方的高度重視。
目前,對于儲能電站的設計主要遵循《電化學儲能電站設計規(guī)范》(GB 51048-2014 )。同時在勘察設計過程中,對于電站的防火及布置設計,同時參照2018年版《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016)與《火力發(fā)電廠與變電站防火設計規(guī)范》(GB50229-2006),在設計過程中,作為預制艙式(集裝箱式)的鋰離子電池儲能電站,規(guī)程規(guī)范的條文針對性不強,給設計人員造成了較大的困惑。
近期,針對預裝箱式磷酸鐵鋰電池儲能電站,中電聯(lián)主持編制并發(fā)布了《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》(TCEC373-2020),仔細對條文進行了研讀并結(jié)合幾個儲能電站設計的經(jīng)驗,談幾點作為設計人員需要關注的問題:
一、本規(guī)程適用的范圍
1、適用于預制艙式的磷酸鐵鋰電池儲能電站;
2、適用于系統(tǒng)容量10MWh及以上規(guī)模的儲能電站,小型儲能電站可參考;
二、本規(guī)程的優(yōu)先級別
1、《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》(TCEC373-2020)屬于團標,不屬于行業(yè)標準,也不是國標,且在本規(guī)程中明確提出,電站的設計要參考《電化學儲能電站設計規(guī)范》(GB 51048-2014 )與《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016),所以當本規(guī)程條文與國標的條文抵觸時,原則上應以國標規(guī)定為準,但國標的條文中,沒有對預制艙型式的電站形式作出明確的規(guī)定。所以,設計人員在設計時需要針對工程的特點與具體情況,從嚴的原則對照標準條款。
2、規(guī)程的優(yōu)先級別是國標高于行業(yè)標準,行業(yè)標準高于團隊標準,團隊標準高于企業(yè)標準。
三、對電池及其系統(tǒng)的要求
1、本規(guī)范對“磷酸鐵鋰電池”、“電池管理系統(tǒng)”、“電池預制艙”的產(chǎn)品設計提出了明確的要求,電池本體及其附屬系統(tǒng)的設計非常專業(yè),且是新生事物,認識與理解需要一個過程,設計人員在編寫技術(shù)規(guī)范書或者簽訂技術(shù)協(xié)議時,建議將原規(guī)范中的條款直接進行引用;
2、注意火災報警系統(tǒng)與電池系統(tǒng)火災報警的信號接口、通信要求及聯(lián)動策略;
3、注意預制倉門的寬度,開啟方向及倉門的聯(lián)鎖要求;
4、預制倉的通風系統(tǒng)應滿足防爆的要求;
四、儲能電站的站址要求
1、“預制艙式儲能電站的設置位置有明確要求,不能貼鄰或設置在甲、乙類廠房內(nèi),且不應設置在爆炸性氣體、粉塵環(huán)境的危險區(qū)域內(nèi)。”設計人員需要理解甲、乙廠房的標準界定,特別是對液體閃點的要求,建議閱讀《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016)中條文解釋,這可能是大多數(shù)輸變電設計從業(yè)人員不易理解的地方。
圖1 對布置位置的要求
2、目前,所有的規(guī)程規(guī)范中,沒有一個條款是不允許預制艙式儲能電站布置在建筑內(nèi)的,從這個條款中,我們可以理解并得出,滿足要求的建筑物內(nèi)是可以布置預制倉式的儲能電站的。
3、同時,對于裝配式的磷酸鐵鋰電池,由于其防護等級的限制,只能安裝布置在室內(nèi),所以可以推導出預制艙式儲能電站也是可以布置在室內(nèi)的,全封閉布置在室內(nèi)時,建議提高建筑物防火等級。
4、《電化學儲能電站設計規(guī)范》(GB 51048-2014 )對站址選址的要求比較原則,與常規(guī)傳統(tǒng)的變電站選址基本相同;
5、儲能電站中的建構(gòu)筑物不應低于耐火二級,并要滿足建構(gòu)物之間及與配間裝置之間的間距,與變電站防火規(guī)范的基本相同;
圖片
表1 布置防火間距的要求
6、電池艙只能單層布置,相隔的間距不應小于3米,如果間距不滿足要求時,需要設置防火墻,兩端的輪廓各超出1米。同時可以理解為電池艙的布置與建構(gòu)物不滿足距離要求時,也可以加防火墻,或?qū)⒉贾瞄g隔不滿足要求的建筑物的相鄰外墻按照防火墻的等級進行建造;
7、儲能電站須為獨立的區(qū)域,并設置圍欄,只有當電池艙的距離與圍欄距離不夠5米的時候,才需要將圍欄設置為圍墻;
五、消防給水系統(tǒng)
1、儲能電站應設置消防給水系統(tǒng),水源的選擇與變電站的消防水源較為相似,如果設置在火力發(fā)電廠或新能源電站內(nèi)的儲能系統(tǒng),可以與其共用一個消防系統(tǒng),滿足水壓、水量及滅火時間的要求;
2、水量的計算時,要考慮消防栓3小時與預制艙內(nèi)水噴霧1小時的水量需求之和。
3、消防栓的設置的間距且要滿足4支消防水栓同時使用時的消防水流量小于20L/s;
4、自動滅火裝置是針對預制艙(儲能設備)廠家提出的技術(shù)要求,需要配置細水霧滅火系統(tǒng)與氣體(一般為六氟丙烷)滅火裝置,在招標及技術(shù)協(xié)議中,可直接將4.8條款的要求附上。
六、火災自動報警及其聯(lián)動系統(tǒng)的要求
1、預制艙內(nèi)的火災自動報警裝置及聯(lián)動裝置應與電站的其他區(qū)域分開;當火災自動報警系統(tǒng)設置在二次設備艙時,消防控制設備區(qū)域應與其他區(qū)域分開布置;
2、預制艙內(nèi)應設置可燃氣體、感煙、感溫探頭,且分別設置不少于2個;
3、火災自動報警裝置及聯(lián)動裝置的告警及動作邏輯應按照4.9.5、4.9.6、4.9.7之條款要求;
七、消防供電與防雷接地設計
1、預制艙式儲能電站消防供電設計應符合一級消防供電的要求:一級消防負荷應由兩個獨立電源供電。所謂獨立電源,任一電源發(fā)生故障或停止供電時,其他電源將能保證繼續(xù)供電;
2、消防用電設備的電線電纜建議選用銅芯耐火電纜;
3、儲能電站布置在室外時,按照規(guī)程規(guī)范要求,需設置獨立避雷針防直擊雷;接地裝置除滿足正常要求之外,可以與原有廠、場、站的接電網(wǎng)可靠連接,以降低接地電阻;對于地下嚴重腐蝕區(qū)域,可采用銅材接地或采用陰極保護;
八、消防器材及滅火救援
1、預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站配置消防器材類型、數(shù)量及區(qū)域的要求見下表:
表2 儲能電站消防器材配置表
2、電站內(nèi)配置不少于2套的正壓呼吸器;
3、電站內(nèi)要設置環(huán)形的消防車道,如果有困難時,可沿建構(gòu)筑物的兩個長邊設置消防車道;
4、電纜的封堵要求要滿足《電力工程電纜防火封堵施工工藝導則》(DL/T 5707-2014 )及《電力工程電纜設計規(guī)程》( GB 50217-2007)中的相關要求。這個與發(fā)電廠及變電站的設計要求相同。
原標題:預裝箱式磷酸鐵鋰電池儲能電站的防火設計要點