鋰電儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)熱失控多層安全預(yù)警及消防滅火方案
發(fā)布時(shí)間：2025-01-07
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儲(chǔ)能能夠?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、 需求響應(yīng)支撐等多種服務(wù)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈 活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要手段。
加快儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)于構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系，推進(jìn)我國(guó)能源行業(yè)供給側(cè)改革、推動(dòng)能源生產(chǎn)和利用方式變革具有重要戰(zhàn)略意義，同時(shí)還利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)“力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。
以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)由于其循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)、比能量高等優(yōu)點(diǎn)，成為目前電力儲(chǔ)能領(lǐng)域裝機(jī)容量增長(zhǎng)最快的儲(chǔ)能技術(shù)。但目前儲(chǔ)能電池包括鋰離子電池、鉛酸電池等仍未達(dá)到本質(zhì)安全，一旦電池處于短路、過(guò)熱、擠壓等濫用條件下，電池可能產(chǎn)生大量的熱，從而引發(fā)內(nèi)部電解液和電極材料的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而發(fā)生熱失控，并可能發(fā)展為大規(guī)模的爆炸、火災(zāi)事故。
電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)是以電池為基礎(chǔ)的，具有發(fā)生火災(zāi)或爆炸的危險(xiǎn)本質(zhì)，特別是在密閉空間， 一旦某一儲(chǔ)能單元發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)引起相鄰多臺(tái)儲(chǔ)能單元的連鎖火災(zāi)反應(yīng)甚至箱體爆炸，火災(zāi)荷載大、危險(xiǎn)性高且難于撲救。
當(dāng)前電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)中的消防系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)是基于固定建筑消防火災(zāi)，通過(guò)實(shí)施全淹沒(méi)滅火方式進(jìn)行滅火。采用的滅火劑主要是以七氟丙烷為代表的鹵代烷烴滅火劑，常溫下為氣態(tài)，其滅火機(jī)理主要是切斷燃燒鏈，適用于撲滅表面火災(zāi)，可用于電氣火災(zāi)。
然而鋰離子電池火災(zāi)是由內(nèi)至外發(fā)熱類型的深位火災(zāi)，采用七氟丙烷滅火劑往往撲滅明火后會(huì)復(fù)燃。同時(shí)，火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)采用的是煙感探測(cè)器和溫感探測(cè)器。基于煙感和溫感探測(cè)器的誤報(bào)率非常高，火災(zāi)控制系統(tǒng)工作原理是只有當(dāng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)同時(shí)接收到煙感報(bào)警信號(hào)和溫感報(bào)警信號(hào)時(shí)，才能發(fā)出啟動(dòng)滅火系統(tǒng)的控制信號(hào)。鋰離子電池著火部位基本在Pack(電池模組)內(nèi)，當(dāng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，鋰離子電池火災(zāi)已經(jīng)發(fā)展到一定規(guī)模了。
在滅火裝置方面，針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)用的滅火裝置主要包括：懸掛式滅火裝置、柜式滅火裝置、探火管滅火裝置。
傳統(tǒng)懸掛式滅火裝置，保護(hù)范圍有限，動(dòng)作響應(yīng)嚴(yán)重滯后，其一般吊裝在集裝箱的頂部，依靠感溫玻璃泡探測(cè)周圍環(huán)境達(dá)到68 ℃則自行啟動(dòng)。針對(duì)鋰離子電池火災(zāi)，傳統(tǒng)懸掛式滅火裝置響應(yīng)速度慢，且一套裝置的滅火劑容量有限，裝置保護(hù)的范圍較小。
柜式滅火裝置，是目前儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用最多的滅火裝置，其滅火裝置布置在集裝箱開(kāi)門角落。柜式滅火裝置存在的主要問(wèn)題是保護(hù)的區(qū)域半徑有 限，針對(duì)集裝箱狹長(zhǎng)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，存在保護(hù)死角，且滅火劑很難及時(shí)到達(dá)電池Pack箱內(nèi)起火位置，不利于第一時(shí)間控制火災(zāi)。
探火管滅火裝置是通過(guò)探火管纏繞在火災(zāi)隱患附近，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)噴射滅火，存在動(dòng)作響應(yīng)慢、滅火范圍小的問(wèn)題，并且經(jīng)過(guò)工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，往往明火持續(xù)5s以后， 探火管滅火裝置才會(huì)啟動(dòng)，因此其保護(hù)的范圍相對(duì)有限，不能對(duì)整個(gè)集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)施防護(hù)。
預(yù)制艙式電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)防控系統(tǒng)示意圖
因此針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要一種高效率且結(jié)構(gòu)和布局設(shè)計(jì)合理的鋰電池安全預(yù)警消防滅火裝置。基于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)制艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建多層協(xié)同預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣火災(zāi)、電池火災(zāi)的精準(zhǔn)火災(zāi)預(yù)警。
參考現(xiàn)有消防建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有七氟丙烷滅火系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加鋰離子電池火災(zāi)抑制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱失控電池的精準(zhǔn)防控，防止電池火災(zāi)蔓延。滅火系統(tǒng)和抑制系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，全面保障電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)安全運(yùn)行。
感聞安全基于電化學(xué)儲(chǔ)能艙火災(zāi)抑制方案=艙級(jí)、簇級(jí)、pack級(jí)消防探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)（鋰電池?zé)崾Э貧怏w探測(cè)）+電化學(xué)儲(chǔ)能集裝箱滅火系統(tǒng)（定點(diǎn)多次噴射全氟己酮以防止復(fù)燃和滅火，后期噴射細(xì)水霧，艙體降溫和防止火災(zāi)蔓延）。方案以“早發(fā)現(xiàn)，早預(yù)警，早處理”為原則，對(duì)儲(chǔ)能艙內(nèi)鋰電池?zé)崾Э爻跫?jí)階段進(jìn)行超前探測(cè)預(yù)警 （極早期探測(cè)）并精準(zhǔn)多次點(diǎn)噴抑制處理艙內(nèi)火災(zāi)，將火災(zāi)撲滅在萌芽階段。
在火災(zāi)探測(cè)方面以探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)為主：采用鋰電池專用復(fù)合型探測(cè)器，在每個(gè)電池簇內(nèi)部布置多個(gè)復(fù)合型探測(cè)器，同時(shí)檢測(cè)電池箱的溫度、一氧化碳(CO)、氫氣(H2)、電解液泄漏氣體(VOC)、煙霧等參數(shù)，并且通過(guò)綜合算法進(jìn)行判斷，將信號(hào)傳至主機(jī)，再傳至各個(gè)平臺(tái)。該探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能夠極早期的超前探測(cè)到單個(gè)電池模塊在初期火災(zāi)時(shí)，釋放的信號(hào)，這樣可以節(jié)約更多的時(shí)間處理信息以及將火災(zāi)抑制在較早時(shí)期。
在火災(zāi)抑制（滅火）方面以電化學(xué)儲(chǔ)能集裝箱滅火系統(tǒng)為主：采用全氟己酮（多種滅火方式可選）前期無(wú)損精準(zhǔn)定點(diǎn)多次噴射滅火，后期采用細(xì)水霧在電池艙內(nèi)持續(xù)降溫的方案。電化學(xué)儲(chǔ)能艙滅火系統(tǒng)可以多次點(diǎn)噴全氟己酮從而抑制鋰電池?zé)崾Э睾蛷?fù)燃，而噴射細(xì)水霧滅火可以對(duì)電池艙進(jìn)行持續(xù)降溫，避免火災(zāi)進(jìn) 一步傳播至相鄰電池簇或相鄰儲(chǔ)能艙。
該方案是由探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和電化學(xué)儲(chǔ)能艙滅火系統(tǒng)組成：探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要由鋰離子電池箱復(fù)合型火災(zāi)預(yù)警裝置、儲(chǔ)能設(shè)備安全監(jiān)測(cè)探測(cè)器、氣體報(bào)警控制器、線纜等組成；電化學(xué)儲(chǔ)能艙滅火系統(tǒng)由電化學(xué)儲(chǔ)能艙火災(zāi)抑制裝置（內(nèi)含細(xì)水霧和全氟己酮）、噴頭、電磁閥、管網(wǎng)等組成。
