摘要：隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，可再生能源和新能源電子系統(tǒng)在我國得到了廣泛應(yīng)用。電化學(xué)儲(chǔ)能電站作為一種能夠存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換及釋放電能的設(shè)施，儲(chǔ)存著大量電能，其安全性備受關(guān)注。在滿足多樣化儲(chǔ)能需求和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，設(shè)計(jì)更加科學(xué)、全面的消防安全系統(tǒng)方案成為當(dāng)前亟須解決的問題。本文通過分析電化學(xué)儲(chǔ)能電站的消防安全現(xiàn)狀及安全風(fēng)險(xiǎn)因素，探討電化學(xué)儲(chǔ)能電站中的消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：消防安全；可再生能源；電化學(xué)儲(chǔ)能電站

引言

隨著儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)量的不斷增加，安全問題成為當(dāng)前儲(chǔ)能行業(yè)亟須解決的關(guān)鍵問題，尤其是近年來儲(chǔ)能火災(zāi)事故頻發(fā)，引發(fā)了社會(huì)的廣泛關(guān)注。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)仍處于早期發(fā)展階段，安全風(fēng)險(xiǎn)管控尚不成熟。隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)條件的變化，鋰離子電池成本降低到一個(gè)臨界點(diǎn)后，儲(chǔ)能電站的安全問題成為影響鋰離子電池大規(guī)模推廣的主要因素。因此，設(shè)計(jì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全方案對(duì)于推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

一、電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全現(xiàn)狀

電化學(xué)儲(chǔ)能電站通過將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)存，彌補(bǔ)了可再生能源波動(dòng)性和不可預(yù)測(cè)性的缺陷。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在可再生能源產(chǎn)生過剩電能時(shí)充電，并在需求高峰或可再生能源供應(yīng)不足時(shí)釋放電能[1]。電化學(xué)儲(chǔ)能電站作為一種高效、可再生的能源儲(chǔ)存解決方案，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。然而，隨著儲(chǔ)能電站規(guī)模的擴(kuò)大和普及，消防安全問題日益凸顯。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來全球電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故發(fā)生60余起。因此，電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全風(fēng)險(xiǎn)控制必須引起高度重視。

（一）電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象

目前，電池?zé)崾Э厥菍?dǎo)致電化學(xué)儲(chǔ)能電站發(fā)生安全事故的主要原因。儲(chǔ)能電站利用化學(xué)電池或電磁能量?jī)?chǔ)存電能。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及電池成本的逐漸降低，以鋰離子電池為主的電化學(xué)儲(chǔ)能方案在國內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。與其他電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，鋰離子電池儲(chǔ)能方案具有高轉(zhuǎn)換效率、高能量密度、低自放電率、長周期壽命、快速充電等優(yōu)勢(shì)[2]。然而，鋰離子電池多為有機(jī)電解液，低溫性能較差，鋰離子的活潑性較高，當(dāng)電池或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，容易引發(fā)鋰離子電池的放熱反應(yīng)，導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀M(jìn)而引發(fā)儲(chǔ)能系統(tǒng)過熱、爆炸等重大安全事故。目前，現(xiàn)行的電化學(xué)儲(chǔ)能電池中已有機(jī)械、電氣等防止熱失控現(xiàn)象發(fā)生的具體措施，如利用鋰電池涂覆材料、防火微型殼植入、電解液添加劑等方式，阻止能量釋放、防止電池燃燒。此外，電池模組管理技術(shù)可以通過優(yōu)化電池模塊組成和管理控制，提升故障報(bào)警機(jī)制和緊急阻斷機(jī)制，從而提高安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

（二）滅火經(jīng)驗(yàn)不足

相較于普通火災(zāi)事故，電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)具有獨(dú)立性、特殊性和不可控性。由于鋰離子電池本體構(gòu)造和材料特性的原因，電池會(huì)自發(fā)產(chǎn)生熱量并引發(fā)火災(zāi)。此外，鋰離子電池的正極材料在分解過程中會(huì)產(chǎn)生氧分子，而電解液會(huì)分解釋放可燃?xì)怏w[3]。這些可燃物與電池系統(tǒng)中的其他非金屬材料一起，為火災(zāi)提供了充足的燃料?；馂?zāi)初期通常沒有明顯的煙氣、火焰等現(xiàn)象，這使得火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)變得更加困難。在火災(zāi)中級(jí)階段，熱失控火焰呈噴射狀，燃燒速度快、溫度高、噴射距離遠(yuǎn)，同時(shí)伴有熔融物飛出[4]。這些特點(diǎn)使得火災(zāi)蔓延速度極快且難以控制。同時(shí)，電池內(nèi)部熱量的持續(xù)積聚，使得火災(zāi)在外部明火熄滅后仍可能繼續(xù)反應(yīng)和復(fù)燃。其自身的不可控性增加了火災(zāi)的撲救難度。一旦鋰離子電池發(fā)生大面積火災(zāi)，將很難在短時(shí)間內(nèi)撲滅。

二、電化學(xué)儲(chǔ)能電站中的消防安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析

（一）電化學(xué)儲(chǔ)能電站被動(dòng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)不夠完善

電化學(xué)儲(chǔ)能電站的被動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)是指在火災(zāi)發(fā)生后，通過物理隔離和耐火材料等手段限制火勢(shì)蔓延和擴(kuò)大的技術(shù)。當(dāng)前，電化學(xué)儲(chǔ)能電站被動(dòng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)存在以下問題。

1.位置問題

部分電化學(xué)儲(chǔ)能電站在選址時(shí)未充分考慮電化學(xué)儲(chǔ)能電池的不穩(wěn)定性及事故發(fā)生后對(duì)周圍環(huán)境的潛在危害，一旦發(fā)生火災(zāi)將嚴(yán)重威脅公共安全[5]。

2.分隔問題

電化學(xué)儲(chǔ)能電站在設(shè)置儲(chǔ)能區(qū)域時(shí)，未與其他區(qū)域的通道、管道進(jìn)行有效分隔，電池?zé)崾Э睾螽a(chǎn)生的易燃?xì)怏w易通過管道擴(kuò)散。

3.滅火救援條件不足

部分電化學(xué)儲(chǔ)能電站在選址時(shí)未充分考慮環(huán)境和地理?xiàng)l件，一些儲(chǔ)能電站建在多棟建筑之間，道路復(fù)雜，消防車道設(shè)置不科學(xué)，消防車難以迅速到達(dá)。此外，部分場(chǎng)地位置對(duì)滅火救援具有條件限制，滅火救援戰(zhàn)術(shù)難以科學(xué)、有效地實(shí)施，導(dǎo)致火災(zāi)難以在短時(shí)間內(nèi)得到控制，造成巨大損失。

（二）鋰離子電池不穩(wěn)定

鋰離子電池是導(dǎo)致事故發(fā)生和難以控制的主要因素。隨著電池逐漸老化，性能衰減，安全風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。目前，即使是新電池，在運(yùn)行過程中也可能發(fā)生安全事故。具體來說，近年來儲(chǔ)能項(xiàng)目在建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)輸過程中發(fā)生了安全事故，這些事故對(duì)儲(chǔ)能安全提出了更高要求[6]。為防止安全事故發(fā)生，儲(chǔ)能項(xiàng)目在建設(shè)時(shí)需充分考慮地質(zhì)、氣象、環(huán)境等因素，避免在地震、洪水等自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)域建設(shè)。同時(shí)，儲(chǔ)能項(xiàng)目專家在制定具體的安全方案時(shí)，須科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行項(xiàng)目布局，確保電池組、電氣設(shè)備等之間具有安全距離，防止火災(zāi)蔓延。針對(duì)儲(chǔ)能消防安全系統(tǒng)，除了關(guān)注電池安全外，還需從電氣安全、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控、性能檢測(cè)、事故預(yù)警、滅火和應(yīng)對(duì)措施等不同層面進(jìn)行改進(jìn)和完善。

（三）預(yù)警技術(shù)不夠完善

目前，已投入運(yùn)行的電化學(xué)儲(chǔ)能電站主要依賴電池管理系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部電池進(jìn)行綜合評(píng)估。過去的電池管理理念和設(shè)計(jì)方案主要來源于電動(dòng)汽車，僅依靠電壓、溫度、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。然而，對(duì)于大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能電站而言，引起安全事故的因素較多，僅依靠基礎(chǔ)參數(shù)難以全面分析事故原因。此外，在運(yùn)行和維護(hù)方面，現(xiàn)階段國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能電站通常采用定期、定時(shí)檢查和評(píng)估。然而，電池出現(xiàn)故障后會(huì)迅速反應(yīng)，若無法提前監(jiān)測(cè)事故，極可能造成巨大損失和影響。

三、電化學(xué)儲(chǔ)能電站中的消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

（一）強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，提高安全標(biāo)準(zhǔn)水平

隨著儲(chǔ)能電站的大規(guī)模擴(kuò)張，其安全性成為關(guān)注的重點(diǎn)。應(yīng)加速制定和完善儲(chǔ)能電站的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，包括強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，確保儲(chǔ)能電站的建設(shè)、運(yùn)維有章可循。同時(shí)，可通過強(qiáng)制安全認(rèn)證等手段，提升整個(gè)行業(yè)的安全水平，減少事故風(fēng)險(xiǎn)。制造企業(yè)應(yīng)高度重視電池系統(tǒng)的安全性，加強(qiáng)安全驗(yàn)證工作。隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短、驗(yàn)證時(shí)間不足等問題逐漸顯現(xiàn)。因此，制造企業(yè)應(yīng)深入了解儲(chǔ)能電池的整體設(shè)計(jì)方案，避免過度依賴外部的消防補(bǔ)救措施。具體來說，制造企業(yè)應(yīng)將儲(chǔ)能電池本質(zhì)安全可控技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)置于技術(shù)研發(fā)的首位。例如，可在儲(chǔ)能電站中引入安全預(yù)防技術(shù)，從源頭上防止儲(chǔ)能電池發(fā)生事故。同時(shí)，零件供應(yīng)商應(yīng)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵零部件供應(yīng)體系的管理，嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，確保整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠。對(duì)于位于人員密集區(qū)或環(huán)境受限區(qū)的儲(chǔ)能項(xiàng)目，相關(guān)部門應(yīng)將其列入最高安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并督促制造企業(yè)定時(shí)監(jiān)測(cè)和檢查。同時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)加快全產(chǎn)業(yè)鏈安全標(biāo)準(zhǔn)的制定與完善，確保從原材料采購、生產(chǎn)制造到安裝運(yùn)維的每一個(gè)環(huán)節(jié)都符合高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求[7]。

（二）設(shè)置消防安全系統(tǒng)，提高事故應(yīng)對(duì)能力

在重大事故發(fā)生初期，儲(chǔ)能電站消防安全系統(tǒng)可自動(dòng)完成報(bào)警和事故原因初步判斷。安全系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電站內(nèi)部的運(yùn)行參數(shù)，并將具體數(shù)據(jù)投放在監(jiān)測(cè)屏幕和消防安全系統(tǒng)平臺(tái)上。安全系統(tǒng)可利用前端傳感器技術(shù)，科學(xué)采集儲(chǔ)能電站內(nèi)部環(huán)境參數(shù)信息，并通過中央控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解讀，找出事故原因。若監(jiān)測(cè)到事故發(fā)生信號(hào)或其他異常情況，安全系統(tǒng)將第一時(shí)間觸發(fā)警報(bào)并反饋給檢測(cè)人員，從而最大限度地減少事故隱患對(duì)儲(chǔ)能電站和周邊環(huán)境的影響，確保人員安全和設(shè)備的完整性。

當(dāng)中央控制器判斷環(huán)境處于異常情況時(shí)，如出現(xiàn)異常噪聲或振動(dòng)、強(qiáng)烈氣味等，安全系統(tǒng)將迅速做出反應(yīng)，通過聲光報(bào)警或其他手段提醒相關(guān)人員。相關(guān)人員可通過遠(yuǎn)程接入中央控制器，及時(shí)檢測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括各種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)值、歷史記錄及變化趨勢(shì)等，并根據(jù)具體情況采取嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的措施，防止問題惡化，減少潛在損失。中央控制器可將異常情況的相關(guān)數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄下來，包括事故發(fā)生時(shí)間、觸發(fā)原因、發(fā)展情況及采取措施等。相關(guān)人員可通過最終數(shù)據(jù)對(duì)事發(fā)原因進(jìn)行詳細(xì)診斷和分析，了解儲(chǔ)能電站異常情況發(fā)生的原因，并及時(shí)完善和更新系統(tǒng)，降低事故發(fā)生概率。當(dāng)中央控制器檢測(cè)到重大安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，如明顯的事故跡象、溫度異常和突出的熱輻射、強(qiáng)烈的煙霧和毒性氣體、電力問題和電弧放電等，消防安全系統(tǒng)會(huì)立即觸發(fā)安全警報(bào)，并采取應(yīng)對(duì)措施。首先，觸發(fā)安全報(bào)警系統(tǒng)。在檢測(cè)到異常情況時(shí)，中央控制器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)安全報(bào)警系統(tǒng)，激發(fā)聲光報(bào)警器、火災(zāi)警報(bào)器等設(shè)備，迅速發(fā)出警報(bào)，引起人員注意。其次，在觸發(fā)安全報(bào)警系統(tǒng)后，中央控制器會(huì)發(fā)送警報(bào)通知給事前設(shè)定的聯(lián)系人，包括消防部門、安全人員、管理人員等，使他們?cè)谑鹿拾l(fā)生初期得到通知，迅速采取措施。

（三）制定消防管理標(biāo)準(zhǔn)，確保儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行

隨著儲(chǔ)能電站行業(yè)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)能電站中的消防安全問題得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注[8]。因此，相關(guān)部門應(yīng)制定嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的消防管理標(biāo)準(zhǔn)，確保儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行。一方面，儲(chǔ)能電站的安全性能與管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)類型、場(chǎng)景應(yīng)用等方面密切相關(guān)。相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)能電池的技術(shù)類型和管理路線，制定儲(chǔ)能電站消防安全管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確儲(chǔ)能的具體措施，將儲(chǔ)能項(xiàng)目的詳細(xì)布局、安全特性、器材使用等因素融入管理標(biāo)準(zhǔn)中，從而幫助管理人員更好地對(duì)儲(chǔ)能電站進(jìn)行監(jiān)測(cè)、維護(hù)和檢修。同時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能電站儲(chǔ)存和處理危險(xiǎn)品和化學(xué)物質(zhì)時(shí)，制造企業(yè)須制定安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保電能儲(chǔ)存區(qū)域符合消防安全要求，并采取科學(xué)措施防止安全事故發(fā)生。另一方面，制造企業(yè)需深入分析儲(chǔ)能項(xiàng)目的各個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工細(xì)節(jié)，包括儲(chǔ)能電池的維護(hù)明細(xì)、易爆條件、通風(fēng)要求等方面，并將其制定成完整的消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，促使消防人員按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施滅火措施。此外，消防人員需定期對(duì)制造商進(jìn)行全面評(píng)估，了解電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全指數(shù)和潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而有針對(duì)性地制定消防應(yīng)對(duì)方案。

結(jié)語

綜上所述，電化學(xué)儲(chǔ)能電站的消防安全不僅關(guān)系設(shè)備的正常運(yùn)行，還關(guān)系人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，儲(chǔ)能電站應(yīng)受到高度重視，通過強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)、設(shè)置消防安全系統(tǒng)、制定消防管理標(biāo)準(zhǔn)等措施，提高消防安全水平，降低安全事故發(fā)生概率，推動(dòng)電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全、穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王薇.電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全治理對(duì)策[J].質(zhì)量與認(rèn)證，2023（11）：43-44.

[2]王學(xué)軍，劉速，喬祥祺，等.鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全與標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展[J].浙江化工，2023，54（10）：8-15.

[3]王恩博.電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防設(shè)計(jì)審驗(yàn)問題探究[J].消防界（電子版），2023，9（18）：48-50.

[4]袁洪元.電化學(xué)儲(chǔ)能電站鋰電池荷電狀態(tài)估計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2023.

[5]李正力，李肖輝，王京，等.鋰離子電池儲(chǔ)能電站熱失控預(yù)警與防護(hù)研究進(jìn)展[J].高壓電器，2024，60（01）：87-99.

[6]馬海偉.電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全管理問題研究[J].中國電力企業(yè)管理，2022（33）：42-43.

[7]羅斯，鐘園軍.固定式電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)消防技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研究[J].消防界（電子版），2022，8（20）：17-19.

[8]楊君濤，張永豐，張磊.電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估指南研究[J].現(xiàn)代職業(yè)安全，2021（11）：26-29.

作者簡(jiǎn)介：程威（1985— ），男，漢族，湖北鄂州人，本科，工程師，研究方向：電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)維及安全管理。