2021電化學儲能電站消防介紹1.鋰離子電池特性簡介2.電化學儲能電站構成3.儲能標準與設計現(xiàn)狀4.消防措施與事故案例CONTENT目錄鋰離子電池特性簡介PART01鋰離子電池工作原理鋰離子電池反應的實質為一個Li+濃差電池：充電時，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負極晶格，正極處于貧鋰態(tài)；放電時，Li+從負極脫出并插入正極，正極為富鋰態(tài)。為保持電荷的平衡，充、放電過程中應有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Li+一起在正負極間遷移。這種充、放電過程似一把搖椅，故鋰離子二次電池又稱搖椅電池（RockingChairBatteries,簡稱為RCB）常見的鋰離子電池儲能用鋰離子電池電池的構成分類主材主材成分輔料電池正極磷酸鐵鋰/錳酸鋰/三元鋁箔+PVDF/LA132+CNT/SP負極石墨銅箔+SBR/CMC/LA132+SP隔膜PP/PE陶瓷涂層/高分子涂層電解液LiPF6/LiBF4+EMC/DMC/ECVC/PS殼體鋁殼/鋼殼/鋁塑膜麥拉膜+保護板+膠帶正極體系及各類體系的對比

鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰鎳鈷錳三元材料鎳鈷鋁三元材料材料主成分LiCoO2LiMn2O4LiFePO4LiNiCoMnO2LiNiCoAlO2結構層狀尖晶石狀橄欖石狀層狀層狀理論容量（mAh/g）274148170260280實際容量（mAh/g）135110140160180過渡金屬貧乏豐富非常豐富較貧乏較貧乏環(huán)保性鈷有放射性無毒無毒鈷、鎳有毒鈷、鎳有毒安全性能差良好好差差優(yōu)點高能量密度成本較低循環(huán)好/安全/成本低高能量密度成本較低高能量密度成本較低缺點成本高高溫循環(huán)性差能量密度低安全性差高溫易鼓脹安全性差高溫易鼓脹電池的生產(chǎn)工藝電池的生產(chǎn)工藝電池的生產(chǎn)工藝在2017年8月至2020年5月，韓國發(fā)生的29起ESS火災事故中，有20起事故裝置的是LG化學生產(chǎn)的鋰電池。在這場火災中，盡管LG化學否認其儲能電芯存在質量問題，但一系列的起火事故已經(jīng)讓其電池安全受到廣泛質疑。事故調(diào)查結果電擊保護系統(tǒng)不良運營操作環(huán)境管理不善安裝疏忽儲能系統(tǒng)集成控制（EMS,PCS）保護系統(tǒng)管理不善電池的關鍵參數(shù)目前國內(nèi)主流的儲能技術路線是磷酸鐵鋰電池。單個磷酸鐵鋰電池電壓是3.2V，不超過1000Ah，能量和功率均無法滿足使用需求。在使用時需要提供并聯(lián)的方式增大電池的能量，通過串聯(lián)的方式增大電池的電壓，滿足工程使用需求。同時為了保證電池的安全運行，需要配套BMS（電池管理系統(tǒng)）使用。電池的安全特性電池的安全特性電池的關鍵參數(shù)電化學儲能電站構成PART02文字添加此處文字添加此處文字添加此處文字添加此處儲能電站主要組成部分儲能電站是以儲能系統(tǒng)為主要元器件的電站，區(qū)別與常規(guī)電站，儲能電站的進線和出線為同一條線路。儲能系統(tǒng)儲能系統(tǒng)：儲能系統(tǒng)為儲能電站的核心部分，目前電網(wǎng)側儲能主要以電池作為主要的電能存儲介質。通過串并聯(lián)技術達到一定的功率與容量。利用PCS（儲能變流器）實現(xiàn)功率的控制與電壓的轉換。通過一些附加的設備，集裝箱、消防、配電、空調(diào)、照明、視頻等輔助設備實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的正常運行。產(chǎn)品基本構成集裝箱；電池簇（含電池插箱及高壓箱）；匯流柜；PCS柜；控制柜；并網(wǎng)柜；空調(diào)；智能輔助控制系統(tǒng)；消防系統(tǒng)；電站監(jiān)控系統(tǒng)；視頻監(jiān)控；儲能系統(tǒng)電池儲能（含BMS）系統(tǒng)是儲能電站內(nèi)的主要系統(tǒng)，儲能電站的儲能的介質，為儲能電站的核心部分，目前電網(wǎng)側儲能主要以電池作為主要的電能存儲介質。通過串并聯(lián)技術達到一定的功率與容量。目前主流的儲能技術路線是磷酸鐵鋰電池，通過單個電芯并聯(lián)串聯(lián)后形成插箱，多個插箱串聯(lián)形成電池簇，多個電池簇并聯(lián)形成儲能系統(tǒng)，其中采用3級架構的BMS用來管理電池儲能系統(tǒng)。目前鋰電池在多個串并聯(lián)使用時必定伴隨BMS的使用。儲能系統(tǒng)電池預制艙由多個電池簇并聯(lián)后在匯流柜進行匯流后組成。一般電池簇的并聯(lián)數(shù)量在2-10簇進行并聯(lián)。儲能變流系統(tǒng)儲能變流器作為儲能電站的核心設備，主要影響著儲能電站的并網(wǎng)性能和技術水平。儲能電池系統(tǒng)的直流和電網(wǎng)的交流通過儲能變流器進行變換連接，同時儲能變流器的性能決定了儲能電站的性能。指標參數(shù)PCS額定功率500KW直流側直流側電壓范圍(VDC)520~850最大直流電流(A)990并網(wǎng)輸出特性額定輸出電壓(Vac)380額定并/離網(wǎng)頻率(Hz)50/60功率因數(shù)+0.9~-0.9并網(wǎng)電流諧波(THDi)<3%過載能力1.1（10min保護）整機最大效率97%其他尺寸(寬×深×高)(mm)1400x1000x2000冷卻方式強制風冷通訊接口RS485、modbus、以太網(wǎng)交流升壓系統(tǒng)用來實現(xiàn)儲能的低電壓與配電網(wǎng)的高電壓連接的作用。由于380V電壓下對儲能系統(tǒng)的接入有一定的限制（500kW），因此儲能電站一般接入到配電網(wǎng)10kV或35kV中。通過升壓變壓器進行電壓的變換實現(xiàn)儲能電站的大規(guī)模應用。匯流裝置與高壓柜儲能系統(tǒng)使用的單臺PCS的功率一般不會超過1MW，儲能電站會配備多臺PCS，通過多臺升壓變壓器進入到電網(wǎng)中，為了便于管理會配備高壓匯流裝置將多路升壓變壓器進行匯流后接入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)對電網(wǎng)的集中控制與減少對電網(wǎng)設備的需求。儲能調(diào)度管理系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，自動發(fā)電控制系統(tǒng)等部分。作為儲能電站的大腦，具備信息處理、數(shù)據(jù)通訊和人機交互、能量調(diào)度、電池系統(tǒng)上層均衡控制、安全保護等作用。儲能電站的主要分類和特點戶外布置方式儲能系統(tǒng)采用戶外預制艙布置其他電氣設備采用戶外預制艙布置半戶外布置方式儲能系統(tǒng)采用戶外預制艙布置其他電氣設備采用室內(nèi)安裝方式戶內(nèi)布置方式儲能系統(tǒng)采用室內(nèi)安裝方式其他電氣設備采用室內(nèi)安裝方式儲能標準與消防設計現(xiàn)狀PART03儲能系統(tǒng)消防方案在電化學儲能電站的設計規(guī)范中，缺少針對性強的消防設計要求，基本按照通用工業(yè)建筑設計，并且儲能系統(tǒng)標準中的電池性能指標模糊、應急處置和救援措施要求偏低，導致監(jiān)管易出現(xiàn)疏漏。行業(yè)處于大規(guī)模應用的初期，儲能電池性能指標模糊、規(guī)劃設計簡單、儲能火災消防還欠缺研究和技術支撐，電化學儲能電站的性能及安全存在很多關鍵問題亟待解決。電動汽車行業(yè)100多項國家標準相比儲能行業(yè)的國家標準還不到20項，且其消防安全國標至今不存在儲能系統(tǒng)消防方案目前現(xiàn)有的儲能標準中關于消防的設計及要求主要是以下標準：GB51048-2014電化學儲能電站設計規(guī)范TCEC373-2020預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規(guī)范儲能系統(tǒng)消防方案GB51048-2014預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規(guī)范將鋰離子電池的或者危險性分類設置為戊級，耐火等級為二級。鋰離子電池室的火災探測及消防報警設置感煙或吸氣式感煙探測器。儲能系統(tǒng)消防方案T/CEC373-2020電化學儲能電站設計規(guī)范第一個針對儲能系統(tǒng)級、電站級的儲能消防標準,2020年10月1日實施。該標準針對預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站從防火設計、施工驗收、運行維護等全過程的消防安全標準。儲能電站消防現(xiàn)狀1.儲能電站內(nèi)道路的布置除滿足運行檢修、安裝要求外，還符合安全消防等方面的有關規(guī)定。主干道布置成環(huán)形，成環(huán)形有困難時，具備回車條件。2.儲能電站內(nèi)集裝箱長度大于7米的裝置室有兩個出口，并布置在配電裝置室的兩端。3.電纜溝、二次預制艙電纜夾層、盤柜底部開孔處和電纜進線口處均采取防止電纜火災蔓延的阻燃或分隔措施。4.儲能電站內(nèi)設置消防小間，放置移動式滅火裝置，并配置消防砂及附屬設備。儲能電站消防現(xiàn)狀儲能電站內(nèi)設置火災自動報警系統(tǒng)，對其他電氣設備、儲能集裝箱內(nèi)狀態(tài)進行監(jiān)視。一旦發(fā)生火災情況，立即啟動聲光報警器，并將火災信息上送到后臺監(jiān)控。儲能電站消防現(xiàn)狀單個儲能電池集裝箱艙體內(nèi)共設置4具干粉滅火器，變壓器、高壓電纜分支箱、二次設備預制艙艙體內(nèi)各設置2具干粉滅火器。站區(qū)室外部分，每個儲能單元設置滅火箱器2臺，每臺內(nèi)置2具干粉滅火器，儲能單元另設置消防小間1座。儲能電站消防現(xiàn)狀電池箱消防設計集裝箱內(nèi)裝飾材料全部采用A級阻燃集裝箱消防自動報警裝置設計七氟丙烷滅火系統(tǒng)，配套管網(wǎng)消防系統(tǒng)聯(lián)鎖控制消防系統(tǒng)與BMS通訊，形成電氣聯(lián)鎖123儲能電站消防現(xiàn)狀消防措施與事故案例PART04發(fā)生火災情況儲能電站有可能發(fā)生火災的設備分為電池預制艙和其他電氣設備。儲能電站火災特點：事故突發(fā)性強，火災蔓延迅速，持續(xù)時間長。事故潛在危險性大，伴隨有毒氣體釋放和爆炸危險?；馂膿渚燃夹g要求高，存在復燃風險，易引發(fā)次生災害。發(fā)生原因：電池老化，或本身存在質量問題，工作人員違章操作。其他電氣設備發(fā)生火災情況一旦發(fā)生火災的處理方式：①立即做停電處理，將對應的電氣設備進行電的隔離。②立即報告上級領導并匯報調(diào)度；③如有傷員，應先戴好防毒面具將人員緊急救至安全區(qū)域。④消防救援站到場后立即實施現(xiàn)場警戒，協(xié)調(diào)公安部門負責外圍警戒；⑤通過詢問站區(qū)負責人、外部觀察、消控室偵察等方式實施現(xiàn)場火情偵察，了解電氣設備的狀況，制定處置方案。⑥優(yōu)先選用用二氧化碳或泡沫滅火器、干粉滅火器、砂箱等進行滅火。如果依然無法滅火，可以采用水消防等方式進行滅火降溫。電池預制艙發(fā)生火災情況一旦發(fā)生火災的處理方式：一切處理方式以安全為前提?。。‰姵氐某跗诨馂囊坏┞硬⑿纬纱笠?guī)?；馂模F(xiàn)有消防措施均無法有效撲滅，對于初期火災必須采用快速感知，定向精準滅火的策略，迅速滅火，并采取措施長時間抑制電池復燃。電池預制艙為A級阻燃材料，在布局時考慮消防間距，保證在一個電池預制艙起火時，不影響另外一個艙體，切斷火災傳播。儲能消防安全技術現(xiàn)狀-總述針對電池火災的滅火技術（滅火技術）水七氟丙烷高壓細水霧滅火效果滅火損失環(huán)境污染相關標準1、《電化學儲能電站技術導則》（Q/GDW10769-2017）中9.4.5條規(guī)定“當鋰離子電池電站發(fā)生火災時，嚴禁使用水噴淋方式滅火”，在火災初期，采用水噴淋消防易造成電池的短路情況，進一步惡化火災；2、在發(fā)生火災時，通過水對電池預制艙外表整體進行降溫，同時控制電池預制艙的火勢，防止火勢蔓延至其他艙體或設備。儲能消防安全技術現(xiàn)狀-水儲能消防安全技術現(xiàn)狀-七氟丙烷七氟丙烷（CF3CHFCF3），是一種以化學滅火為主兼有物理滅火作用的氣體化學滅火劑，其無色、無味、低毒、不導電、不污染被保護對象，能以較低的滅火濃度≤10%），撲滅BC類火災及電氣火災儲能消防安全技術現(xiàn)狀-高壓細水霧高壓細水霧可以通過細水霧的降溫效果，熄滅發(fā)生火災的鋰離子電池系統(tǒng)明火，同時降溫抑制復燃。經(jīng)過江蘇省消防實驗，可以在10分鐘內(nèi)撲滅電池模組的明火，并有效抑制復燃。電池火災應急預案a啟動固定自動災火系統(tǒng)進行滅火；b集控中心值班人員發(fā)現(xiàn)火情，撥打“119”電話報警，并報告電力調(diào)度和運維單位負責人；c如果固定自動滅火系統(tǒng)未能自動啟動，則應人工確認電池預制艙斷電后，啟動滅火系統(tǒng)；d通知運維檢修人員趕往現(xiàn)場，做好安全隔離措施，向消防救援隊指揮員報告火場情況和安全注意事項；電池火災應急預案e警戒。轄區(qū)消防救援站到場后立即實施現(xiàn)場警戒，協(xié)調(diào)公安部門負責外圍警戒。f偵察。通過詢問站區(qū)負責人、外部觀察、消控室偵察、等方式實施現(xiàn)場火情偵察，了解儲能系統(tǒng)內(nèi)部的狀況和滅火系統(tǒng)動作情況，制定處置方案。g稀釋。利用2個屏風水槍對電池艙兩端出入口泄漏氣體實施稀釋。h冷卻。結合儲能電站火災事故特點，利用滅火機器人和大流量遙控水炮實施冷卻，主要控制火災不蔓延。電池火災應急預案i供水。利用單位室外消火栓、消防車及遠程供水系統(tǒng)實施供水。j檢測。利用測溫儀、熱成像儀、可燃氣體探測儀實時檢測電池艙溫度及現(xiàn)場周邊可燃氣體濃度。k觀察到明火熄滅后，應至少噴水降溫2h，防止復燃，如有可能，則噴灑水霧到艙內(nèi)進行降溫；l滅火完成12h后，由穿戴必要防護裝備人員先行打開艙門、通風排出有毒氣體，檢測有毒氣體濃度，艙內(nèi)溫度達到安全值后，人員方可佩戴防護器具進入艙內(nèi)進行后續(xù)操作分析；m安全管控。設置安全員做好現(xiàn)場安全管控，明確撤離路線及信號。電池火災注意事項1、鋰電池在燃燒過程中電解液分解會產(chǎn)生少量氫氣和一氧化碳，在撲救時，若現(xiàn)場氣流不通暢時，應正確使用正壓式消防呼吸器；2、電池預制艙在發(fā)生火災時，嚴禁打開艙門，主要依靠自身的消防設備進行滅火，滅火時，艙體內(nèi)部的氣體滅火劑及部分可燃氣體壓力較大，開門時易受到傷害，同時鋰電池復燃有幾率引燃可燃氣體造成爆炸；3、現(xiàn)場撲救時，主要對電池預制艙進行降溫，防止火勢發(fā)生蔓延，造成其他設備被引燃；4、鋰電池滅火后，應持續(xù)進行2h以上的降溫處理防止復燃，12h以上時間方可進入艙內(nèi)操作。電池火災事故案例集美大紅門25MWh直流光儲充一體化電站項目一期包括1.4MWp的屋頂光伏94個車位的單槍150KW大功率直流快速充電樁，以及25MWh的磷酸鐵鋰電池儲能，其中12.5MWh用于外部電動車充電（包括南區(qū)4MWh社會車輛+北區(qū)8.5MWh大巴運營），12.5MWh用于室內(nèi)供電。電池火災事故案例單體電池為3.2V10.5Ah磷酸鐵鋰方殼電芯，通過225S18P先串后并（225只串聯(lián)形成組串，18個組串并聯(lián)）的級聯(lián)方式形成720V189Ah的電池模塊，再將多個模塊并聯(lián)的方式形成電池簇。項目訂單為2017年，電芯出廠日期為2018年。電池火災事故案例該光儲充一體化項目中包含的儲能電站部分，與傳統(tǒng)的集中式儲能在電氣結構上存在較大差異。項目考慮電池級聯(lián)輸出本身為直流電的特性，去除了相應的“交轉直”、“直轉交”的變電設備，電池直接串聯(lián)至750V、對電池簇間的均流能力及直流開關設備的開斷能力提出了更高的要求。電池火災事故案例2021年4月16日12時17分，北京市119指揮中心接報豐臺區(qū)南四環(huán)永外大紅門西馬廠甲14號院內(nèi)電站起火的警情，調(diào)派15個消防站47輛消防車235名指戰(zhàn)員到場處置。14時15分許，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（傷情穩(wěn)定），電站內(nèi)1名員工失聯(lián)。經(jīng)初步調(diào)查了解，事發(fā)前該電站正在進行施工調(diào)試。電池火災事故案例4月16日23時40分，明火被徹底撲滅，現(xiàn)場仍在進行冷卻降溫處理。北京市區(qū)相關部門已組織專門力量，做好起火區(qū)域