电池储能电站消防灭火措施探讨

朱亚平

上海电力设计院有限公司

电池储能电站消防灭火措施探讨

朱亚平

上海电力设计院有限公司

对电池储能电站内各类电池性能及储能建筑特点加以分析研究，结合国内外规范和设施生产制造情况，对电池储能电站消防灭火措施进行探讨和优化，以期对今后电池储能电站的建造形成技术支撑。

电池储能；消防灭火

大力开发和利用清洁能源和可再生能源，成为世界各国保障能源安全、优化能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放的重要措施，也是我国实现经济社会资源和环境可持续协调发展的必由之路。风能和太阳能作为可再生能源的重要组成部分，具有波动性和间歇性的特点，风、光独立运行供电系统很难提供连续稳定的能量输出，其资源的不稳定性和间歇性造成其能源品质较差，大规模并网势必会影响电网的安全稳定运行。采用风光储联合发电系统是解决新能源并网问题的有效途径之一。在这种形势下，电池储能电站应运而生，取得了长足的进步。但是关于电池储能电站的研究和投入相对还很不足，可供借鉴的项目较少，应用经验较少，电池储能电站的消防灭火方面的研究更是少之又少。

1 各类储能电池特性及应用

目前我国电池储能工程应用较多的储能电池有铅酸电池、钠硫电池、液流电池、锂电池等。

铅酸电池技术较为成熟，应用广泛，寿命长，价格低，可以大电流放电，缺点是存在铅污染，能量密度低，稍显笨重。铅酸电池室可以独立建造也可与配电装置楼等合建。

钠硫电池具有较高的储能效率（约89%），同时还具有输出脉冲功率的能力，体积小，寿命长，原材料广，制备成本低，不受场地限制，维护方便。但电池的一致性不好，此外，由于硫具有腐蚀性，电池的护体需要经过严格耐腐处理。钠硫电池还存在易燃易爆的特性。日本钠硫电池储能设备发生过爆炸事故。

液流电池系统组装设计灵活，易于模块组合，蓄电规模可大可小。电池系统可高速响应，高功率输出。电池系统易于维护，安全稳定。使用寿命长，维护成本低，系统响应快，但液流电池有漏液问题，锌溴液流电池中溴的毒性和腐蚀性等问题难以解决。液流电池无爆炸可能性。

磷酸铁锂电池安全可靠，全密封，不怕火烧，不爆炸，体积小，重量轻，绿色环保。缺点是生产成本高，一次性投入多。一致性问题和循环寿命还有待进一步加强。

2 电池储能电站消防灭火措施

储能电站建筑物主要为各电池房（室），各类电池由于产品特性和装设要求的不同，大多都设计为单独建筑物。如磷酸铁锂电池房、钠硫电池房、液流电池房、铅酸电池房等等，此外还有储能站用电房等配电建筑。各类建筑的消防灭火也有其各自的要求。

2.1 一般消防措施

消防设计必须贯彻“预防为主，防消结合”的方针，立足自防自救。 针对不同建（构）筑物和设施，采取不同消防措施。在工艺设计、设备及材料选用、平面布置、消防通道均按照有关消防规定执行。

储能电站通常和光伏、太阳能以及输变电站等联合建造，故储能电站内一般不设单独的生活建筑。根据电池特性，储能电池房大多为全户内布置方式，单层建筑，占地面积大，很多超过2000 m2。根据火灾危险性分类，储能电池房属于丁戊类建筑，体积超过3 000 m3时需要设置室外消防系统和室外消火栓，但依规范可不设置室内消火栓。

储能电池建筑均需设置移动式灭火器。储能的电池设备及配电设施通常怕水，灭火器型式可选用干粉型和气体型，不宜采用水型灭火器。各储能电池建筑内，尤其钠硫电池房还应设置消防砂箱，内设适当数量的黄砂，消防砂箱相应需配置消防铲、消防斧、消防桶等辅助设施。

2.2 特殊消防措施

（1）措施确定

目前针对储能电池的特殊消防设施的布置，主要依据日本《电力贮存用电池规程》规定的钠硫电池房灭火设备配置要求，对于其他储能电池，该规程也规定当防火目标物的设置电气设备部分的地面面积在200 m2以上时，义务附加设置蒸汽喷雾泡沫灭火设备、卤化的灭火设备或粉末灭火设备。表1、表2即为《电力贮存用电池规程》规定的灭火设备设置数量配置及种类要求。图1为灭火设备图示。

表1 灭火设备种类

表2 灭火设备设置数量

综合日本规程图表，钠硫电池装设面积在100m2以下时，只需设置一个小型灭火器和干砂器，装设面积在100 m2以上时，需要每100 m2设置一个小型灭火器和干砂器，在专用的建筑内且装设面积在200 m2以上时，就需要设置蒸汽喷雾泡沫灭火设备、卤化物粉末灭火设备、粉末灭火设备，该处第三种灭火设备按图示指代的是自动灭火设备。在中国，卤化物灭火设备由于其对大气的破坏作用早已限制使用，蒸汽喷雾泡沫灭火设备用于电气火灾还不到成熟可靠的程度，粉末灭火设备的自动式在国内使用较多的有悬挂式干粉灭火器，但其多用于电缆隧道、电缆层等层高较低的场所。在中国对电气火灾最常用也比较有效的自动灭火系统就是气体灭火系统。所以，日本规程里的第3种灭火设备，在中国比较适用的就是气体灭火系统。

图1 灭火设备图示

目前国内各修编或已编的储能规范，大多依据日本规程进行规定。综合日本经验以及国内规范的规定，基本明确了储能电池特殊消防的配置要求，即：电池设置在专用的建筑物内时，装设面积超过200 m2就需要设计自动气体灭火系统。

在某些示范性储能项目中，考虑到单座储能室设备造价昂贵，发生火灾后损失严重，而且建筑体积均较大，故虽然建筑内每间房间的电池装设面积并非全部超过200 m2，但整体仍然采用了气体灭火系统。

（2）气体灭火系统

气体灭火系统适用于扑救电气火灾、固体表面火灾、液体火灾和灭火前能切断气源的气体火灾。这是从广义角度规定的，具体来说，应是指不适宜用水保护或灭火的场所或对象，如电器和电子设备、通讯设备，易燃可燃的液体和气体，贵重物品和财产存放场所。

1）灭火介质的选择

我国政策允许使用的气体灭火剂，其中技术比较成熟，综合性能指标比较合理，具有实际推广应用价值的有：IG-541、七氟丙烷、三氟甲烷、六氟丙烷、IG-100、二氧化碳等。

2）系统组成及原理

①灭火系统

储能电池室采用的气体灭火系统为管网式全淹没系统，由喷头、管网、钢瓶、灭火药剂、启动装置构成。

根据要求不同，系统一般划分为2～8个防火分区。系统采用全淹没组合分配方式。以最大的灭火区域设计用量，这样既能满足灭火要求，又可降低系统造价。

系统可以用电气操作，气动操作和手动机械操作，用户可根据被保护处所的不同要求任意选择与组合、控制气体管路设有低泄安全阀，可有效防止气瓶意外慢泄漏而可能导致的灭火剂误放事故。

当防护区着火发出指令后，氮气启动装置打开相应的选择阀，保证二氧化碳灭火剂顺利通过输送管道输送到指定保护区域进行灭火。

②火灾自动报警系统

本系统主要由智能型感烟探测器、智能型感温探测器、火灾报警控制器、气体灭火控制盘、联动电源箱、紧急启停按钮、声光报警器、警铃、放气指示灯等组成。

气体消防灭火原理详见图2。

图2 气体消防灭火原理图

3）气体灭火系统在应用中需要注意的两个问题

①防护区围护结构承受内压的允许压强、泄压口与自动泄压阀

气体灭火系统启动时会向防护区喷放大量灭火气体，引起防护区空气压力瞬间升高。此外，火灾燃烧产生的热量也会使室内空气压力有所升高。在喷放时火势越大，时间越长，空气压力升高值就越大。因此，规范要求防护区围护结构(含门窗)承受内压的允许压强(内外压强差)不宜低于1 200 Pa。防护区吊顶的允许压强一般达不到这一要求，故不将其视为防护区的围护结构，而应将吊顶以上部分的空间容积计入防护区总容积中。防护区围护结构承受内压的允许压强，应由建筑、结构专业设计给出。

全淹没气体灭火系统均需要在密闭性能良好的防护区设置泄压口。其作用为一方面当防护区因灭火剂喷放压力升高到一定值时，通过泄压口将部分空气和灭火剂及时向防护区外释放，以保证防护区围护结构的安全；另一方面，防止因防护区喷放灭火剂时压力升高造成门、窗爆破导致灭火失败，火势蔓延失控。

由于七氟丙烷、二氧化碳、三氟甲烷灭火剂密度比空气大，为了减少灭火剂从泄压口流失，规范规定上述气体灭火系统的泄压口应开在防护区净高的2/3以上部位，即泄压口下沿高度不得低于防护区净高的2/3。同时要求泄压口宜设在外墙上。也就是说，如防护区存在外墙，应设在外墙上；当防护区无外墙时，可设在与走廊相邻的内墙上。

目前国内已有高质量成品自动泄压阀。火灾发生时，气体灭火系统启动喷放灭火剂，防护区内空气压强随之升高。当压力达到设定值时，泄压阀测压装置发出动作信号，执行机构迅速将叶片迅速从关闭状态转变为开启状态，快速释放防护区的超压空气。当空气压力降至设定值以下时，测压装置再次给执行机构发出动作信号，使执行机构复位，叶片关闭，保持防护区内的灭火剂灭火浓度。除此外，机械式开启泄压阀也有应用。

②气体灭火系统有关安全要求

a 经常有人工作的防护区的灭火剂设计浓度和实际使用浓度，不应大于灭火剂的有毒性反应浓度。

b 气体灭火系统的手动控制与机械应急操作应有防止误操作的警示标志与措施。

c 设有气体灭火系统的场所，宜按建筑物、储瓶间或楼层为单元配置2套空气呼吸器。

3 结语

综上所述，电池储能电站的消防灭火除常规水消防、灭火器和消防砂箱之外，通常还需设置气体灭火系统，气体灭火系统采用有管网全淹没式，灭火介质可采用IG-541、七氟丙烷、三氟甲烷、六氟丙烷、IG-100、二氧化碳等。气体灭火系统设计安装需特别注意防护区的压力及安全要求。

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