移动式储能火灾隔离装置的研究

移动式储能火灾隔离装置的研究

颜学浩 张柏研

吴忠市红寺堡区旭宁能源科技有限公司

[摘要]电化学储能电站是主要采用电池作为储能元件，从而进行电能的存储、转换和释放的。目前国内电化学储能电站主要采用磷酸铁锂电池为储能载体。磷酸铁锂相对于三元锂电池更加安全，但仍有较大的安全隐患。由于电池本身的物理、化学特性在外力撞击、短路、高温等情况下会导致电池热失控，热失控后导致燃烧，甚至爆炸。本文主要通过在电池出现热失控或燃烧爆炸时利用外部消防装置将事故损失降低至最小。电化学储能是绿色能源大规模保障应用的重要环节，随着建设规模不断增加，电池火灾风险性不容忽视。本文阐述了磷酸铁锂电池储能电站火灾的特点，分析了目前固定消防设施和移动式消防设施的特点,并从技术性、经济性和适应性三个维度进行分析，结合实际应用,提出移动式储能火灾离装置。

[关键词]电池安全；热失控；火灾隔离装置

引言

电化学储能电站的安全核心是电池安全，因此保证电池的安全运行就是保证电站的安全运行。监控电池的安全运行通常有三个方向，分别是电池的运行监控、电池内部灭火装置可靠运行以及电池外部的消防装置及时投运。本文主要讨论在电池出现热失控后燃烧或爆炸时通过移动式储能火灾隔离装置控制事故的灾害范围及火灾扑灭。

电化学储能电站的常用灭火剂主要有七氟丙烷、全氟己酮、气溶胶、细水雾以及外部消防水。七氟丙烷、全氟己酮主要用于电池内部灭火，由于七氟丙烷降温效果一般，不能有效降低火灾现场热量等，国外已有限制使用政策。现在普遍使用全氟己酮作为灭火剂，全氟己酮具有灭火效能高，降温效果显著、无污染对人员无害等优点，它是电池内部灭火的首选灭火剂。气溶胶、细水雾以及外部消防水灭火装置，它们主要是对外部设备着火部位进行灭火。

1.移动式储能火灾隔离装置

1.1 提出背景

储能监控系统能够时刻监控电池的安全运行，具有保护和报警功能，发生火灾时提醒运维人员，确保发生火灾后及时处置，同时也极大程度保障人身安全。储能系统内部消防主要是全氟己酮，外部消防是水。

储能外部的水消防装置是根据国家和行业有关规定、标准进行设计和安装，是参照火电或新能源场站等场所的消防系统设计和建造。

传统的消防灭火装置通常布置在地下或地面。北方冬天环境温度低，为防止消防管道结冰通常会将管道和消防接口等布置在地下，这种设计虽能防冻但在使用时不利于操作。布置在地下消防接口阀门使用前需先打开消防井盖，再打开消防接口接入消防水带，后启动消防水泵。操作过程费时不利于快速处置火情。

电池火灾救援争分夺秒，在内部灭火装置已无法控制火势的情况下，外部灭火装置要以最快的速度起到最后一道灭火的作用和意义。对于外部普通的消防水灭火装置的缺点和对现场的实际探索创新型的提出了可移动式储能火灾隔离装置。

当电池已发生火灾时，通过救援人员被动接入消防水去灭火，这种方式的弊端是采取措施的时间长，且在救援人员靠近已着火储能设备时会有来自储能设备突然爆炸等危险，人员的安全无法得到保障，电池着火事故可能会转化为设备与人身伤亡双重事故，造成事故面和事故损失扩大。同时由于已着火电池火势无法得到控制极有可能造成临近储能设备起火而扩大损失，最终导致储能电站全部着火。在此背景下通过不断地学习与研究提出通过可移动式储能火灾隔离装置能够弥补上述传统消防设施在使用过程中的不足。

1.2 基本形式

移动式储能火灾隔离装置是通过移动的消防装置将着火区域包围，形成一个固定的着火范围，通过连接消防水对包围区域进行喷水灭火的一种装置，该装置向着火区域进行水喷淋降温，达到灭火目的。同时大量的水喷淋形成水雾会降低周围氧气浓度，防止二次燃烧。

已建成电化学储能电站的电池单元布置形式通常为长方形，且每一个单元也为长方形。储能单元的布置形式是一个箱变连接一组、两组或多组电池簇，箱变与储能单元之间有明显的断开区域，对储能整体布置形式进行分析，发现在单个储能单元周围加装可支撑移动装置的轨道，在轨道上安装类似伸缩门式的消防设施，通过在伸缩门式消防设施的四周加装柔性与刚性混合消防水管和接口，初步形成“消防水墙”，外接消防水带可直接接入无需拆卸，使用结束后自动排水并利用电动盘管装置将消防水带回收。

储能火灾隔离装置与火灾报警系统连接，实现信息互通。在接到火灾消防报警后根据提前划分好的区域进行自动定位、移动和组合包围着火电池单元。火灾报警联启消防泵提供消防水，可移动灭火装置组合完成后阀门自动开启对着火单元进行灭火，形成一道水莲或水幕，形成包围之势进行持续性的灭火。

1.3 优势

移动式储能火灾隔离装置使用时人员不必直接面对火源，可以远距离对着火情况进行观察，还可以通过站内监控设备对着火情况进行监视，极大的降低了电池着火时对人员的伤害。

装置通过卡口的固定连接将着火储能方阵包围，在储能方阵着火甚至爆炸时能有效降低对临近储能方阵的影响。虽然储能方阵的拥有一定的物理间距，但当临近储能方阵着火时爆炸仍会对周边储能设备造成极大的安全隐患，因此采用移动式储能火灾隔离装置可以增加临近储能方阵的安全性。在发生火灾时能有效避免着火方阵对周边方阵的高温炙烤，以此防止周边方阵热失控造成二次事故。

2.移动式储能火灾隔离装置技术性、经济性和适应性

2.1 技术性

装置主要使用导轨、伸缩装置、PLC、火灾报警以及消防水触发装置等设备组合形成，从设备的使用条件和环境角度出发它是利用已有设备进行创新性组合，且电池的布置形式也满足安装要求。因此技术上可行可控。

2.2 经济性

根据装置技术要求，使用的主要部件和设备技术成熟，因此装置的经济性可以根据市场情况进行综合采购控制价格。同时电池的布置形式，可知可装置仅需一组或两组就可在全站使用，且可以重复利用，并非一次性设备。通过设计优化，设备经济性可以控制到较为合理的范围内。但增加一套设备会增加电化学储能电站的建设成本，经济性有所下降。综上分析移动式储能火灾隔离装置经济性合理可控，在适当增加电站的建设成本的情况下保证电站安全长周期的运行从而使电站盈利经济性进一步提高，最终可以保证电站的整体经济性得到改善。

2.3 适应性

装置适应性广。第一它不受地域限制，无论是北方还是南方均可安装使用。第二它也不受环境限制，一年四季都能正常运行，因为消防管道布置在地下，当使用结束后可将地上管道的水排出进行防冻和设备回收。第三它不受电站的容量限制，无论是大型电网侧储能电站还是工商用小型储能电站均可使用。

3.结语

本文主要研究探索电化学储能电站着火期间的消防解决方案，通过对移动式储能火灾隔离装置的提出背景、组成介绍以及技术性、经济性、适应性进行分析等，提出了移动式储能火灾隔离装置，它在保证人身安全的前提下可有效扑灭着火源。但该装置属于初期阶段，因此后续会实践会遇到许多其它问题，如移动的动力装置、轨道铺设、灭火剂的选取等。随着研究的深入定会逐步解决所遇到的问题，从而更好的保证电化学储能电站设备长周期安全运行。

参考文献

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