电化学储能电站灭火救援准备工作的初探

电化学储能电站灭火救援准备工作的初探摘要：4月16日，北京市丰台区一电化学储能电站发生火灾，在处置过程中突发爆炸，造成2名消防员牺牲，教训十分深刻。近几年来，电化学储能电站发展态势迅速、应用领域较为广泛，其火灾荷载大、蔓延速度快，事故中常常伴随复杂的化学连锁反应，释放出的大量可燃有毒气体，随时有爆炸的可能，严重威胁救援人员的生命安全。本文从电化学储能电站灭火救援准备工作进行初探，寻求灭火救援工作的最佳准备方案，在最快完成灭火救援工作的同时，确保指战员生命安全。关键词：电化学储能电站；灭火救援准备引言：储能电站主要用于城市电网填谷调频、调峰、商业区辅助用电、电动车充电等。在用电低谷期，把富裕的电能储存起来；在用电高峰期间，再将储存的电能输送使用，起到平稳变电站负荷曲线等作用。当前国内外的储能电站应用较多的储能电池有铅酸电池、钠硫电池、液流电池和锂电池等，其主要原理是经过一系列的化学反应进行电池正负极的充放电，实现化学能和电能之间的转换[1]。但是关于电化学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，储能电站的消防灭火方面的研究更是少之又少，近几年国内外电池储能电站发生火灾或爆炸的事故逐渐增多，所以做好在电化学储能电站灭火救援准备工作已迫在眉睫。电化学储能电站分类电化学储能电站可从电池类型、电池规模、储能电站类型、电站分布形式以及输电来源这五个方面进行分类。电化学储能电池类型储能电站按照储能电池类型分为锂离子电池、液流电池、铅酸电池、钠基电池、超级电容等[2]。其中，实际应用中锂离子电池占比最大，最常见的是以镍钴锰酸锂、磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池。安全风险排序：铅酸电池＜磷酸铁锂材料电池＜三元材料电池＜钠流电池[3]。电化学储能电池规模按电化学储能电池规模分类分为小型、中型和大型，其中，容量为1MWH以下为小型电化学储能电站；容量为1MWH和30MWH之间的电站为中型电化学储能电站；容量大于30MWH为大型电化学储能电站。电化学储能电站用途储能电站按照用途可划分为发电侧、电网侧、用户侧三种类型。1、发电侧储能用于平抑新能源发电功率波动，参与电网调频、调峰。为水电、火电、风电、光电、核电等发电配套的储电/供电储能电站[4]；2、电网侧储能参与电网调频、调峰、调压及应急储电、供电，即区域电网储电/供电配套储能电站；3、用户侧储能用于削峰填谷、平移负荷，减少对供电容量需求，减缓配电网投资。用户侧通常位于城市商业区、大型商场、大学城、电动车充电配套的发电/储电/供电储能电站。集发电、储能、充电等业态于一体，人流、物流密集，发生事故易造成群死群伤，与发电侧、电网侧储能相比，安全风险最大。电化学储能电站布局形式电化学储能电站分为室外撬装式、建筑封闭式（站房式）两种。建筑封闭式电站通常为多模组、多楼层竖向叠加堆放，风险最大。输电来源电化学储能电站输电来源分为市电、光伏、风电、火电、核电等不同供电来源。用户侧电站，通常为市电、光伏、储能一体化设计。二、电化学储能电站主要部件电化学储能电站包括储能单元、功率变换系统（PCS）、电池管理系统（BMS）等。单个电芯电芯是电池组模块中的最小单元，由电极和电解质两部分组成，主要作用是充电时将所获得的电能以化学能的形式储存，放电时将储存的化学能转化为电能[5]。目前化学储能站常用的电芯主要有酸铁锂和三元锂。电池模块（簇）电池模块（簇）由两个及以上的单个电芯以一定的电气连接方式组成的单元。电池堆（站）由连接同一功率变换系统上的可整体控制功率输入、输出的电池集合。储能单元电池管理系统、电池组及与其连接的功率变换系统组成的最小储能系统。电池管理单元（BMU）单个电池的管理模块，能够时时监测电池温度、电压等物理特性，并为电池提供通信接口。电池管理系统（BMS）多个电池管理模块由特定方式组合在一起，监测电池温度、电压、电流、荷电状态等，为电池提供通信接口和保护的系统。功率变换系统（PCS）主要由变流器及其控制系统构成，与电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的系统[6]。电化学储能电站火灾特点因锂电池在储能电站中应用最广，占比最多，所以本文重点从锂电池火灾事故特点进行阐述。事故风险大锂离子电池隔膜缺陷、隔膜与电极错位、内部杂质，以及短路、电池破损、继电器故障、热辐射等因素，都极易造成都单体电池、电池模块（簇）热失控（热失控是指锂离子电池内部电流和温度均升高，且互相促进的现象）[7]。锂离子电池内电解液和隔膜为可燃物，在不同荷电状态下，正极材料和负极材料可分别成为氧化剂和还原剂，短路后易自发热燃烧；电池还可因内部或外部的热源加热，都可能触发电池火灾。例如：电池内部短路、机械滥用引起电池内缺陷短路等，电池内短路可由电能转化为热能，热源引发电池内隔膜、电解质分解，温度达到一定程度时触发正极相关反应、嵌锂态负极相关反应，最后导致电池热失控，分解产生颗粒物和CO2、CO、HF、H2、低碳烷烃类等气体，加之部分产品质量不过关、设计安装不规范、淘汰电池梯次循环利用等因素影响，极易发生事故。高电压高电流高能量储能电站电池数量多、模块（簇）组数多，电站的电流电压高、容量大，一旦发生故障，易发生链式反应，能量一次性集中释放，导致储能系统剧烈燃烧，甚至爆炸失控。事故处置过程中，若不能及时有效断电，人员有触电危险。有毒有害、易燃易爆储能电站一般空间密闭，事故状态下电池组受热分解，释放大量有毒有害（CO、HF、SO2、HCl）、可燃气体（CO、H2、CH4、C2H4、C3H6、烷烃等）和热量，事故会迅速扩大蔓延，极易造成区域无防护人员中毒或爆炸伤害。灭火救援难度大储能电站火灾通常是电池热失控，电解液受热分解，使用干粉、气体灭火不能有效阻止热量散发；用水、泡沫灭火，既有触电危险，也有引发其他电池短路的热失控风险，同时存在爆炸危险，严重威胁作战人员的生命安全。四、电化学储能电站火灾扑救的准备工作（一）加强调研熟悉和预案制定组织力量对辖区各类储能电站进行摸底排查，开展实地熟悉调研，了解行业发展的现状、趋势、电站分布和安全风险。支队要组织大队和消防救援站对辖区储能电站逐一进行摸排，熟悉掌握每个储能电站的具体位置、储能类型、电池类型、容量规模、火灾危险性、固定灭火设施、事故处置对策等基本情况，收集电站的平面图、装机图、流程图、线路图、控制图等基础资料。各级要建立储能电站资料档案库，支队要逐一制定灭火救援预案，真正摸清底数，做到心中有数。（二）加强储能电站火灾扑救技战术研究要充分利用当地电化学储能领域专家和企业技术资源，并将其纳入灭火救援专家组，同辖区大队共同开展电化学储能电站灭火救援技战术研究，充分发挥专家作用，开展教学培训、专题调研和课题攻关。邀请相关专家为队伍各级指战员进行专题授课，学习掌握电化学储能站辨识方法、专业知识、储能模式、风险危害、处置对策和安全注意事项等。组织对近年来国内外电化学储能电站事故典型战例进行复盘研讨，吸取经验教训。针对辖区电化学储能电站火灾扑救，组织相关专家和业务骨干研究制定处置程序要点，明确警戒范围、车辆停靠、侦察检测、处置措施以及紧急避险、紧急撤离、安全警示等内容。（三）推动企业单位组建应急专业力量要树立储能电站事故“技术处置”理念，督促落实单位主体责任。提请地方政府推动大型电化学储能电站依法组建专兼职消防队伍和技术应急处置队，中小型电化学储能电站建立技术应急处置队伍和机制，技术处置力量和值班人员要掌握储能电站安全运行、风险研判、故障处理和应急处置等专业技能。督促电化学储能电站运维管理单位制定应急处置预案，加强救援装备配备，开展专业训练和演练。要推动各级政府高度重视电化学储能电站的潜在风险，建立事故处置应急联动机制，定期组织开展联合实战演练，切实提高本区域综合应急处置能力。五、电化学储能电站火灾灭火对策（一）加强第一出动力量调集辖区指挥中心接到报警后应按三级火警调派力量，优先调派大功率大流量水罐泡沫消防车、大跨距举高喷射消防车、高倍数泡沫消防车、供气消防车、干粉消防车、抢险救援消防车、远程供水系统等车辆，以及遥控消防水炮、水力自摆消防水炮、消防机器人、无人机、漏电探测仪、测温仪、可燃气体检测仪、有毒气体检测仪、电绝缘装具、绝缘剪断钳、备用气瓶等器材和个人防护装备。同时调集能源、电力、应急、公安、医疗、环保、通信、气象、重型机械、供水等联动力量，以及建筑结构、化学、电力等行业专家到场辅助处置。（二）强化现场管控根据储能电站电压、电流、容量、事故现场环境以及爆炸冲击可能产生的风险危害，实施安全管控和交通管制，200m警戒范围内禁人员、禁车辆。另根据事故现场灾情特征做好相应的等级防护，做到防爆炸、防中毒、防触电、防腐蚀、防灼伤。多点设置安全员，全程观察、监测现场危险区域和部位，实时监测可燃、有毒气体浓度和带电情况，及时预判可能发生的危险迹象，预先确定撤离信号，明确撤离方式和路线。（三）全方位开展火情侦察在技术应急处置队、专职消防队或单位技术人员的配合下，研究制定侦察方案，明确侦察人员组成和任务分工。侦察过程中，必须确保安全，在单位知情人或技术人员引导下，与电力公司、光伏、储能电站等专业人员共同实施。在现场情况不明，优先使用消防机器人、无人机抵近侦察，利用可燃气体、有毒气体检测器对周边及内部进行检测；通过内部监控视频，判定电化学储能站事故类型、发展阶段和灾情等级。（四）消防技战术措施坚持“安全防御、控制燃烧”的原则。经评估确认，事故储能电站具备处置条件，要设置防爆炸冲击屏障，利用遥控消防水炮、水力自摆消防水炮、高喷车臂架水炮等远距离控制火势、冷却降温。如需抵近作业，有条件的一律采用消防机器人前置部署阵地。对其他未着火的建筑或区域设置水幕分隔保护。经评估确认，储能电站不具备处置条件的，利用消防机器人稀释、水幕分隔的方式，实施稀释降毒，第一时间疏散群众，阻截辐射热，保护周边建筑和重点目标，等待最佳处置时机。结语：综上所述，储能电站的技术还未成熟，一旦起火，在自身的防火仓失效及预置式灭火装置失去作用后，不需要人为主动参与灭火，而灭火救援的任务就是紧急疏散和看护好燃烧现场。本文对电化学储能电站火灾事故的应急救援处置技术、方式等进行深入探究与分析，有助于消防救援人员提升储能电站应急处置能力和水平，确保国家和人民的生命财产安全。参考文献[1]朱亚平.电池储能电站消防灭火措施探讨[J].上海节能,2017(01):33-36.[2]张云天.电化学储能在电动汽车中的应用分析[J].科技资讯,2017,15(14):19-20.[3]曹涛,朱清峰,