摘要：不同于電網(wǎng)側(cè)獨立儲能電站，用戶側(cè)儲能電站附屬在企業(yè)、工廠和社區(qū)內(nèi)部，通常地處人員密集區(qū)域，因此消防安全的重要性不言而喻。鑒于用戶側(cè)儲能電站在裝機規(guī)模、電池種類和用戶企業(yè)環(huán)境等方面差異顯著，對電站消防安全設(shè)計提出了不同要求。本文從消防給水系統(tǒng)、自動消防系統(tǒng)和防火間距等方面對集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站、小型柜式磷酸鐵鋰儲能電站和鉛碳儲能電站存在的消防問題進行探討，并提供相應的參考建議。

關(guān)鍵詞：用戶側(cè)儲能；消防；磷酸鐵鋰

引言

近年來，隨著光伏和風電等新能源的蓬勃發(fā)展，我國電力能源結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)生變化。截至2023年底，我國可再生能源總裝機已達1516億千瓦，占我國發(fā)電裝機規(guī)模的519%。然而，新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性給電力供應造成較大的壓力，儲能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中就顯得尤為重要。儲能種類形式多樣，按應用場景可劃分為電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)和用戶側(cè)儲能。隨著國家電價政策的調(diào)整，全國多數(shù)省份都實施了峰谷電價政策，特別是浙江和廣東的峰谷價差達到1元/kW·h左右，為用戶側(cè)儲能高速發(fā)展提供經(jīng)濟收益保障。據(jù)統(tǒng)計，2023年國內(nèi)用戶側(cè)儲能裝機容量約233GW/477GW·h，為我國電網(wǎng)穩(wěn)定運行和電力供應作出重要貢獻。隨著用戶側(cè)儲能的大力發(fā)展，電站消防安全問題也日益受到關(guān)注。2018年7月，韓國某風電廠儲能設(shè)備發(fā)生火災，火災蔓延迅速，導致700m2的建筑和3000塊以上電池全部燒毀[1]。2021年4月，某儲能電站發(fā)生火災事故，造成多人傷亡，引起社會對儲能電站消防安全的擔憂[2]。2017年3月，山西某火電配儲AGC調(diào)頻電站發(fā)生火災，燒毀一個儲能單元包括26個電池管理系統(tǒng)、416個電池包等，導致項目停運一個月[3]。磷酸鐵鋰電池因在有限的空間內(nèi)存儲大量的能量物質(zhì)，具有潛在的危險性?！盁崾Э亍笔菍е缕浒l(fā)生火災爆炸危險的主要誘因。熱失控機理通常包括三個階段：第一階段為熱失控的初期，溫度升高至90℃—100℃，負極表面SEI鈍化層分解釋放出大量熱量，導致電池內(nèi)部溫度升高，同時促進電解液與正極發(fā)生反應。當溫度進一步升高至135℃—166℃時，造成電極隔膜融化，正負極形成短路，促進電池進一步放熱。第二階段為電池鼓包階段，當溫度約為250℃—350℃時，鋰與電解液中的有機溶劑發(fā)生反應，產(chǎn)生碳氫化合物等可燃氣體。第三階段為電池熱失控、爆炸失效階段。在充電狀態(tài)下，正極材料與電解液繼續(xù)發(fā)生劇烈的氧化分解反應，產(chǎn)生高溫并導致燃燒爆炸[4-5]。鉛酸類電池具有成本低、低溫可靠性高等優(yōu)點，其缺點主要包括放電深度低、充放電循環(huán)次數(shù)少、體積笨重和能量密度低。通常鉛酸類電池可能因過度充電引起電解液分解，產(chǎn)生大量H2和O2。當蓄電池內(nèi)或空氣中H2的累積量達到爆炸極限時，遇到點火源即可爆炸。另外，若鉛酸蓄電池的排氣孔發(fā)生堵塞時，電池內(nèi)部氣體無法及時排出，從而導致蓄電池變形，進而造成蓄電池外殼薄弱處爆裂，引發(fā)火災等安全事故。鉛碳儲能電池通過技術(shù)革新，采用免維護閥控式電池，過充情況下產(chǎn)生的氫氣相對較少，仍需警惕其的安全隱患。與電網(wǎng)側(cè)和電源側(cè)儲能相比，用戶側(cè)儲能的周圍環(huán)境更為復雜。電網(wǎng)側(cè)儲能和電源側(cè)儲能一般位于偏僻地區(qū)的獨立電站內(nèi)，一旦電站發(fā)生火災，造成的危害和影響相對較小。用戶側(cè)儲能電站通常建于工廠、寫字樓、商場等室外空地，如果儲能設(shè)備起火，引發(fā)周圍的建筑物產(chǎn)生次生火災，將給社會造成更大影響和危害。

一、用戶側(cè)磷酸鐵鋰儲能電站的消防設(shè)計

（一）用戶側(cè)集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站的消防設(shè)計

用戶側(cè)集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站裝機規(guī)模一般較大，單個集裝箱的電池容量約3MW·h-5MW·h，因此火災的危險性也相對較高。其消防設(shè)計通常按《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）和《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》（T/CEC 373-2020）規(guī)定執(zhí)行。

1.消防給水系統(tǒng)

根據(jù)《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》（T/CEC 373-2020）規(guī)定，預制艙式儲能電站應設(shè)置消防給水系統(tǒng)[6]。通常用戶側(cè)儲能電站不需要單獨設(shè)置消防給水系統(tǒng)，可利用工廠企業(yè)原有消防給水系統(tǒng)，需要核實電站周圍的室外消火栓保護距離、消防水量和水壓等是否滿足規(guī)范標準要求。

2.防火間距

根據(jù)《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）規(guī)定，磷酸鐵鋰儲能電站與丙、丁、戊類建筑需要保持10m以上防火間距[7]。不同于其他儲能形式，用戶側(cè)儲能電站一般位于經(jīng)濟發(fā)達省份，土地資源緊張，需建于企業(yè)廠區(qū)內(nèi)，導致電站很難達到防火間距的要求。為解決防火間距問題，設(shè)置防火隔墻是比較常見的做法。然而，防火墻的設(shè)置高度也存在一定爭議。如果參考兩個集裝箱之間設(shè)置的防火墻（比集裝箱高出約1m）[8]，仍需評估其對周圍建筑物存在的火災風險。

3.自動滅火系統(tǒng)

根據(jù)《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》（T/CEC 373-2020）規(guī)定，預制艙內(nèi)應設(shè)置細水霧、氣體等固定滅火系統(tǒng)。目前，常采用七氟丙烷或全氟己酮氣體滅火裝置，設(shè)置兩級消防，一級消防為PACK級消防，二級消防為電池艙內(nèi)的全淹沒式消防。另外，電池倉還預留消防水接口，作為最后一道滅火防線。

（二）用戶側(cè)小型柜式磷酸鐵鋰儲能電站的消防設(shè)計

小型柜式儲能電站通常為裝機規(guī)模小于500kW（單套100kW /215KW·h）的一體化儲能柜。該種儲能形式的優(yōu)點是安裝方便、采用380V電壓等級接入、審批流程簡單且易于轉(zhuǎn)移，深受儲能電站投資者歡迎。然而，作為一種新型用戶側(cè)儲能形式，國家消防標準規(guī)范對這種小型儲能的約束相對較少，存在一定空白。例如，《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）的適用范圍主要是針對功率為500kW且容量為500kW·h及以上的電化學儲能電站設(shè)計[9]。對于小型柜式儲能電站消防設(shè)計，目前可參照浙江省2023年12月頒布的《浙江省用戶側(cè)儲能設(shè)計導則》。

1.消防給水系統(tǒng)

根據(jù)《浙江省用戶側(cè)儲能設(shè)計導則》，用戶側(cè)儲能電站周圍應配置室外消火栓，并滿足GB 50974的規(guī)定。對于投資較小的用戶側(cè)小型柜式儲能電站，建議盡量利用企業(yè)廠區(qū)原有的消防給水系統(tǒng)，需要核實室外消火栓的保護距離、水量和水壓等是否達標。

2.防火間距

由于小型柜式儲能不屬于《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB51048-2014）適用范圍內(nèi)，而《浙江省用戶側(cè)儲能設(shè)計導則》中雖對用戶側(cè)儲能平面布置應滿足工藝布置科學合理、功能分區(qū)明確、交通便利、易于施工檢修、便于消防救援等提出要求，但未明確規(guī)定防火間距。正是由于目前沒有針對小型儲能柜的防火間距的明確規(guī)定，導致有些小型儲能電站與建筑物防火間距不足，儲能電站一旦發(fā)生火災，可能危害到周圍建構(gòu)筑物。因此，建議小型柜式儲能電站的布置要充分考慮對周圍建筑物的次生火災，特別要注意與存儲和生產(chǎn)可燃、易燃物建筑的防火間距，并避開建筑物的門、窗戶等，必要時還需設(shè)置防火墻。

3.自動滅火系統(tǒng)

根據(jù)《浙江省用戶側(cè)儲能設(shè)計導則》規(guī)定，用戶側(cè)儲能應采用自動滅火系統(tǒng)。鋰離子電池室/艙自動滅火系統(tǒng)的最小保護單元應為電池模塊，每個電池模塊可單獨配置滅火介質(zhì)噴頭或探火管，自動滅火系統(tǒng)應能夠撲滅模塊級電池明火且24h不復燃。目前，一般采用全氟己酮等氣體滅火裝置，設(shè)置兩級消防，一級消防為PACK級消防，二級消防為電池艙內(nèi)的全淹沒式消防。

二、用戶側(cè)鉛碳儲能電站的消防設(shè)計

鉛碳電池因其安全性高，成本價格相對低廉，電芯回收殘值較高等優(yōu)勢，近些年發(fā)展迅速。鉛碳電池的儲能時長較長，一般為6h—10h，通常采用集裝箱式，當土地面積受限時也會采用堆疊的站房式。目前，用戶側(cè)鉛碳儲能電站沒有專門針對鉛碳儲能電站的消防標準規(guī)范，一般按《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）和《電化學儲能電站安全規(guī)程》（GB/T 42288-2022）規(guī)定執(zhí)行。

（一）消防給水系統(tǒng)

根據(jù)《電化學儲能電站安全規(guī)程》（GB/T 42288-2022）規(guī)定，電化學電站應設(shè)置消防給水系統(tǒng)。通常用戶側(cè)鉛碳儲能電站可以利用企業(yè)廠區(qū)原有的消防給水系統(tǒng)，需要核實室外消火栓的保護距離、水量和水壓等是否滿足要求。

（二）防火間距

根據(jù)《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）規(guī)定，電化學儲能電站與丙、丁、戊類建筑需要10m以上防火間距。雖然鉛碳電池的安全性比磷酸鐵鋰電站高，發(fā)生電池自燃概率相對比較小，但目前沒有針對鉛碳儲能電站的防火間距的專門規(guī)定，因此還是需要嚴格按照GB 51048的標準執(zhí)行。

（三）自動滅火系統(tǒng)

《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）對自動滅火系統(tǒng)沒有要求，《電化學儲能電站安全規(guī)程》（GB/T42288-2020）要求電池室/艙應設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。雖然GB/T 42288為推薦性標準，但考慮到用戶側(cè)儲能電站安全的重要性，建議按GB/T 42288標準執(zhí)行，即在電池預制艙內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)。

結(jié)語

相較于電網(wǎng)側(cè)和電源側(cè)儲能，用戶側(cè)儲能在裝機規(guī)模和應用環(huán)境等方面都具有獨特性，為避免引起周圍建筑物火災的風險，提出以下建議。第一，用戶側(cè)集裝箱式磷酸鐵鋰儲能一般為中大型儲能電站，火災危險性也相對較高，建議嚴格按消防標準要求執(zhí)行；第二，用戶側(cè)小型柜式磷酸鐵鋰儲能一般為小型儲能電站，裝機規(guī)模小，特別是在目前規(guī)范不清晰明確的情況下容易被忽視，建議注重其與周圍建筑物的防火間距要求；第三，用戶側(cè)鉛碳儲能電站的安全性雖然相對較高，但考慮到目前沒有專門的鉛碳儲能電站消防規(guī)范，建議仍按《電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范》（GB 51048-2014）和《電化學儲能電站安全規(guī)程》（GB/T 42288-2022）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

參考文獻

[1]齊文瑾.儲能電站電池系統(tǒng)火災特點及消防系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應用，2023（36）：124-127.

[2]徐寶勇.電化學儲能電站火災分析及處置措施研究[J].今日消防，2009（02）：83-85.

[3]朱秀錦，王秀利，陳卓新，等.鋰電池化學儲能電站消防安全淺析[J].廣東化工，2023（16）：58-61.

[4]李首頂，李艷，田杰，等.鋰離子電池電力儲能系統(tǒng)消防安全現(xiàn)狀分析[J].儲能科學與技術(shù)，2020，9（05）：1505-1515.

[5]陳瑞，唐淼，卜建軍，等.電化學儲能系統(tǒng)消防策略研究[J].今日消防，2023（03）：66-68.

[6]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范（T/CEC 373-2020）[S].

[7]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.電化學儲能電站設(shè)計規(guī)范（GB 51048-2014）[S].中國計劃出版社，2014.

[8]張利，牛沖宣.大型電化學儲能電站設(shè)計原則及案例布置解析[J].青海電力，2023，42（01）：13-16.

[9]陳璨，鄧鶴鳴，曹陽，等.用戶側(cè)儲能安全標準現(xiàn)狀分析[J].供用電，2021，38（08）：12-18.

作者簡介：李美明（1984— ），男，漢族，江西瑞昌人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：給排水及消防專業(yè)工藝設(shè)計、前期規(guī)劃和項目方案編制。