近年來，隨著鋰電池的技術(shù)不斷改進優(yōu)化，鋰電池以其能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、體積小等優(yōu)點成為儲能行業(yè)的中堅力量。根據(jù)“中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會”新公布的數(shù)據(jù)顯示，在2018年上半年，中國新增投運電化學儲能項目裝機規(guī)模約100.4 MW，鋰電儲能裝機規(guī)模大，為94.1 MW，占比為94%，同比增長172%。但是隨著鋰電池儲能系統(tǒng)的裝機量不斷增加，鋰電池儲能系統(tǒng)的安全隱患也不斷顯現(xiàn)出來。

1 鋰電池儲能系統(tǒng)危險源分析

鋰電池儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)隱患大致分為鋰電池內(nèi)部反應(yīng)失控和電氣設(shè)備的火災(zāi)隱患2個方面。根據(jù)消防規(guī)定，電池安置位置（后文簡稱為電池倉）和安置高、低壓電氣設(shè)備位置（后文簡稱為設(shè)備倉）是隔離設(shè)計。

1.1 鋰電池

鋰電池充放電主要是靠化學反應(yīng)來完成的，在充放電過程中不可避免的會產(chǎn)生熱能，如果電池自身產(chǎn)生的熱能超過了電池熱量的耗散能力，鋰電池無法得到及時散熱，熱量就會積累導致電池過熱，電池內(nèi)部材料之間發(fā)生了化學反應(yīng)，象SEI膜分解、電解液分解、正負極分解等，分解中將產(chǎn)生大量的熱量和氣體使電池出現(xiàn)發(fā)熱、鼓包現(xiàn)象，熱量將會引起電池失控，電池溫度迅速上升，導致電池材料內(nèi)部燃燒，且電池液的分解就會產(chǎn)生可燃性氣體，當可燃氣體濃度達到一定程度之后，遇到明火將發(fā)生爆炸。

所以，鋰離子電池反應(yīng)失控表面現(xiàn)象主要有電池發(fā)熱、鼓包、煙霧、明火、燃燒，甚至爆炸，出現(xiàn)上述問題主要源于電池內(nèi)部化學反應(yīng)過快控制不住，而外界的過充、刺穿、火源、擠壓、短路等外部因素都會導致上述問題的產(chǎn)生。并且鋰電池儲能系統(tǒng)的電池模組是將多個電池組串聯(lián)一起的設(shè)計，這無疑也增大了鋰電池的安全隱患，而且一旦某個電池性能不穩(wěn)定發(fā)生火災(zāi)，也勢必影響周邊鋰電池的安全，進一步的擴大火災(zāi)范圍。

2 消防安全措施

鋰電池消防安全是整個儲能系統(tǒng)設(shè)計的重點防范內(nèi)容，下面將從多個方面來探討鋰電池儲能系統(tǒng)的消防安全措施。

2.1 消防報警系統(tǒng)

鋰電池因自身或者外界條件刺激下導致內(nèi)部化學反應(yīng)失控導致自燃的整個過程，都會有氣體、能量的釋放以及煙霧的產(chǎn)生，嚴重的話還會出現(xiàn)明火燃燒。借鑒《火力發(fā)電廠與變系統(tǒng)設(shè)計防火規(guī)范》《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等行業(yè)標準，即將鋰電池安放位置與其他設(shè)備間單獨隔離分開，并設(shè)有專門的煙感、溫感、光感等探測器，并且可以根據(jù)不同鋰電池的特性，有針對性地增設(shè)相應(yīng)氣體探測器。確保在電池失控早期檢測到電池倉內(nèi)的氣體變化報警，聯(lián)動設(shè)備間的電氣設(shè)備斷開電源，將報警信息上傳至后臺監(jiān)控人員。如圖1所示。

2.2 自動滅火裝置

鋰電池本身帶有化學物質(zhì)，其倉內(nèi)連接的電氣設(shè)備較多，一旦發(fā)生火災(zāi)，如不能及時滅火處理，隨著時間的拖延，其造成的損失會越來越大，為此儲能系統(tǒng)配置的滅火裝置必須是快速通過隔絕氧氣來窒息滅火的物理方式。在儲能系統(tǒng)行業(yè)中用的廣泛的滅火氣體是七氟丙烷。

七氟丙烷是一種無色、無味、不導電的氣體，其滅火原理是對化學反應(yīng)鏈的反應(yīng)抑制，是以液體儲存，氣體釋放的形式，在噴完之后可利用通風系統(tǒng)將氣體排出室內(nèi)，滅火完之后不會留有殘留物，也不會對現(xiàn)場的電氣設(shè)備造成任務(wù)損耗和污染。在儲能系統(tǒng)安置六氟丙烷滅火裝置需要注意以下幾點。

2.2.1 噴放濃度

七氟丙烷噴放濃度需要根據(jù)實際防護面積大小來設(shè)計，如果滅火劑填裝不夠，現(xiàn)場有可能出現(xiàn)個別小的防護區(qū)域滅火濃度太大，其他防護區(qū)域滅火濃度較小，得不到理想滅火情況，在系統(tǒng)設(shè)計中滅火劑填充量應(yīng)比實際濃度比高9%的余量，達到完全滅火要求。

2.2.2 全封閉空間設(shè)計

一般來說氣體滅火需要一個封閉式的空間才能保證滅火劑的滅火效果，七氟丙烷在釋放過程中，需要注意的是運維人員在電池倉內(nèi)操作時，由于突發(fā)事故或者誤操作導致的火災(zāi)發(fā)生時候，需要設(shè)置一個消防門，保證人員的生命安全。由于七氟丙烷在噴射完后，其液態(tài)形成了氣態(tài)，其室內(nèi)壓強將迅速變大，在電池倉內(nèi)需設(shè)置相應(yīng)的排泄口。其泄壓裝置應(yīng)根據(jù)室內(nèi)建筑或者集裝箱結(jié)構(gòu)所能承受的壓強進行具體的設(shè)計，防止封閉的建筑體或者集裝箱出現(xiàn)裂縫。

2.2.3 噴射時間的確定

一般情況下，如果鋰電池或者其他設(shè)備的固體表面預(yù)燃時間較長，在其內(nèi)部就會形成深位火災(zāi)，這個對消防安全來說是十分不利的，盡管滅火裝置可以將外部的明火熄滅，但是內(nèi)部還有在燃燒，當重燃條件達到時，將又會復(fù)燃，如果預(yù)燃時間足夠長的話，甚至還可能發(fā)生爆炸等危險事故。為此根據(jù)相關(guān)規(guī)定和實際運行情況，將七氟丙烷實際噴射時間設(shè)置為8 s是較為合理的。

2.3 空調(diào)裝置

鋰電池的充放電時，是持續(xù)向外界散發(fā)熱量的過程，而環(huán)境溫度對鋰電池性會產(chǎn)生明顯的變化，鋰電池的-40 ℃～60 ℃的溫度特性如圖2所示。

由圖2可知，隨著溫度降低鋰電池的容量衰減加快，而高溫對鋰電池的容量變化作用不是很大，而且高溫環(huán)境下，電池倉內(nèi)的電氣設(shè)備以及蓄電池都會增大其火災(zāi)隱患的概率，為此儲能電站電池倉的上佳溫度為25 ℃，在該溫度下，電池的容量和安全性是上佳的。

2.4 聯(lián)動裝置

鋰電池儲能系統(tǒng)通常需要運維人員日常巡查，為了防止因為運維人員誤操作或者發(fā)生突發(fā)事故情況導致人員傷亡，在電池倉內(nèi)需設(shè)置消防門和排風系統(tǒng)以及安置在外部的緊急停機按鈕，并與消防報警系統(tǒng)、自動滅火裝置和消防門、通風口等其他消防設(shè)備形成多級安全聯(lián)動裝置，其運行策略見表1。

2.5 電氣設(shè)計

對于電氣設(shè)備中可能會產(chǎn)生的高電壓、大電流等問題，在高壓側(cè)電路安裝防雷防浪涌、通信防雷防浪涌設(shè)備以及相應(yīng)的避雷器。在設(shè)計時合理的利用原有建筑的防雷接地設(shè)施、整體降低高電壓、大電流的風險。

在儲能系統(tǒng)布置設(shè)計時候，需要考慮運維日常巡檢方便和突發(fā)事故的情況，在移動式儲能設(shè)備區(qū)域出入口應(yīng)不少于2個。安置于地表上的儲能系統(tǒng)周邊需預(yù)留寬度至少3.5 m的消防車道，安置于地下室的儲能系統(tǒng)需預(yù)留寬度至少1.5 m的逃生通道，并在周邊設(shè)有相應(yīng)的消防設(shè)施。

為了保證鋰電池儲能系統(tǒng)的消防供電穩(wěn)定性，消防設(shè)備所用的電必須單獨從市電接過來，且電纜采用耐火電纜，消防報警裝置、聯(lián)動控制等消防設(shè)備用電均均由該單獨的配電系統(tǒng)供電。

3 結(jié)語

隨著鋰電池技術(shù)不斷完善，其相應(yīng)的儲能系統(tǒng)也將大規(guī)模應(yīng)用起來，如何確保鋰電池儲能系統(tǒng)的安全是影響發(fā)展的一等要素。該文結(jié)合自身建設(shè)經(jīng)驗和行業(yè)內(nèi)相關(guān)標準規(guī)范，對鋰電池儲能系統(tǒng)安全方面進行了探討，共同推進儲能行業(yè)的安全發(fā)展。

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參考文獻

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