电化学储能预制舱消防探讨

一、术语

1.电化学储能系统：以电化学电池为储能载体，通过储能变流器进行可循环电能存储、释放的系统。

2.电池预制舱 ：用于安装储能电池簇的在工厂内预制、现场安装的箱体，由舱体、支架和空调、通风等辅助设施组成。

3.预制舱式磷酸铁锂电池储能电站：以电池预制舱、磷酸铁锂电池、电池管理系统及其相连的功率变换系统作为基本储能单元的电化学储能电站。

二、系统分类

1.储能系统按项目建设方式可分为储能电站和分散式储能装置。储能电站按功率、能量可分为大型、中型和小型。

2.储能系统按建设形式可分为站房式和集装箱式。注：站房式指采用建筑物安装的储能系统，集装箱式指采用集装箱、预制舱、户外柜等形式安装的储能系统。

三、火灾危险分类

1. 电化学储能电站设计规范 GB51048-2014规定铅酸电池、锂离子电池、液流电池火灾危险等级分类为戊类，耐火等级二级；

2.磷酸铁锂电池在发生热失控后会析出H2、CO等可燃助燃气体，爆炸下限低于10%，按建筑设计防火规范 GB50016-2014（2018年版）规定，其火灾危险等级分类应定性为甲、乙类；

3.电力储能系统建设运行规范DB11T1893-2021锂离子/钠离子电池储能安全风险提示：电池热失控会产生H2、CO、HF等可燃、有害气体，电池热失控后产生的可燃气体积聚存在火灾、爆炸风险。火灾危险性分类为甲、乙类；

综上所述，建议定性为甲类，氢气爆炸下限为4%。

四、电池热失控燃烧特点及消防措施

1.电池热失控后，内部产生高温并释放易燃易爆气体，是电池内部能量的释放，热失控整个过程不需要氧气，就能持续放热及喷射出易燃易爆气体，造成目前全世界尚未寻找到有效的灭火剂。因为传统上的灭火剂的灭火机理都是通过降温、窒息（隔绝氧气）、化学抑制等手段，后两种手段阻止不了没有氧气的燃烧，降温也不能阻止电池热失控的持续释放能量。

2.电池火灾，没有有效的灭火手段，只有抑制手段，最好的抑制手段是通过淋水降温带走热量，控制火灾，避免蔓延。但是，淋水降温造成电池热失控过程缓慢，延长了燃烧时间，对于储能舱，甚至需要几天才能完成燃烧，连续几天的淋水量，消防水源都是个挑战。

3.当储能单元具备防火分隔条件（充足的防火间距）时，消防员仅仅需要在附近上风向警戒即可，尽快完成燃烧及善后工作。

4.极早期探测并通过气体惰化系统（如全氟己酮）隔绝氧气，只能是暂时性抑制已经释放气体火灾和爆炸，但不能阻止电池失控后的持续放热和喷射易燃易爆气体，也不能降温，不能阻止电池之间热失控的多米诺效应。当密闭空间释放出更多的易燃气体后，造成空间超压产生物理破坏，这种破坏，以及人为开门及通风，都造成浸渍气体（如全氟己酮）浓度降低，氧气进入，产生复燃、轰燃乃至爆炸。

5.不论是喷淋还是全氟己酮，消防的重点在于防火分隔及防爆通风，防爆通风可以迅速将电池产生的易燃易爆气体散发到大气中，减少易燃易爆气体浓度，减少火灾产生和降低爆炸能量。

五、锂离子电池火灾事故消防应对机制

1.从产品根源上消除火灾风险是不可能的，一段时间内在提高电池质量减小火灾风险的技术发展幅度，也不会太大，消防的重点仍然在于控火。

2.锂离子电池火灾目前不存在可行的灭火剂，火灾只能抑制和控制，使用灭火设施的目标是降温和抑制爆炸。（水冷却系统及燃气探测、通风系统）

3.锂离子电池热失控释放易燃易爆气体，大部分室内电池空间，当可能释放气体与空间容积比例超过爆炸下限时，应按甲类爆炸场所设计。   

4.室内其他空间，应采用防爆隔墙分隔，所有穿透围蔽结构的管线均应密闭封堵，更不允许出现洞口连通其他空间。

5.甲类爆炸场所的锂离子电池空间，防爆通风比自动灭火系统更加重要。需要防爆通风的场所，不应设置全淹没惰化系统，至少在时间应错开。（应采用防爆电气设备，且不应安装易产生电弧或电火花的电气开关设备； 应设置独立的事故通风系统，事故排风量应按换气次数不少于 30 次/h 确定。当空气中可燃气 体浓度达到爆炸下限 5%时，事故排风机应能自动开启）

6.最好的火灾抑制系统是喷淋，其次是细水雾，也可以是气体惰化系统与喷淋或细水雾的组合，单设气体惰化系统仅能用于不存在继续产热和释放易燃易爆气体的空间环境。

7.储存电池应严格防火分隔，控制每个防火单元的的总能量，避免同一空间内的电池能量过大。降低火灾规模及减少火灾损失。

8.每个防火单元之间应采用防爆隔墙分隔，或通过一定的室外安全距离分隔。

五、防火间距

1.火灾危险性为甲、乙类的站房式储能系统，每栋建筑总额定能量不应超过 10 MWh。火灾危险性为甲、乙类的集装箱式储能系统，每个集装箱总额定能量不应超过 2.5 MWh。

2.锂离子电池设备布置宜分区布置，屋外电池预制舱（柜）布置分区内储能系统额定能量不宜超过50MWh，相邻分区的间距不应小于10m。当间距不能满足时，应设置耐火极限不应低于4.00h的防火墙，防火墙应超出设备外轮廓1m。

3.储能系统的防火间距应根据其火灾危险性分类按 GB 50016 有关厂房的防火间距规定执行。

4.火灾危险性为甲、乙类的储能系统占地面积不超过 1500 m2 时，可采取成组布置方式，并应 符合下列要求： 

     a) 组与组或组与相邻建筑的防火间距按 GB 50016 有关厂房的防火间距规定确定 （甲12m--乙10m）；

     b) 每组内电池集装箱之间的防火间距不应小于 4 m，且应采用防火墙进行分隔。

5.集装箱式储能系统箱体构件耐火极限不应低于 2 h。

六、消防给水及自动灭火

1. 同一时间内的火灾次数应按不少于 1 次设计，—火灾延续时间不应小于 3 h。

2. 分散式储能装置与市政或者室外消火栓的最近距离不应大于 40 m。

3. 火灾危险性为甲、乙类的储能系统室外消火栓应符合下列要求：室外消火栓间距不应大于 60 m；同时使用的消防水枪数量不应少于 4 支；流量不应小于 20 L/s。

4. 火灾危险性为甲、乙类的集装箱式储能系统，其电池布置区域应设置消防水泵接合器和浸没式水冷却装置，确保淹没储能单元或电池单元的时间不超过 10 min。喷淋系统水泵接合器设置位置距最近的电池舱 10m 以上。

5. 每只喷淋系统水泵接合器有 2 只可供连接的室外消火栓，室外消火栓布置保证任一电池舱着火点均有一只 10m 以外的消火栓可供水泵接合器使用；

6. 水泵接合器附近设置专用消防室（箱），配置消防水带、水枪和消防扳手。

七、防爆及其他

1. 有爆炸风险的储能系统应设置泄压设施，泄压设施应满足 GB 50016 的要求，且应避开人员密 集场所和主要交通道路。

2. 火灾危险性为甲、乙类的储能系统危险等级应 为严重危险级。锂电池室宜配置砂池。单个砂池容量不应小于1m?，最大保护距离为30m。

3. 与储能系统无关的电线电缆不应穿过储能系统。

4. 火灾危险性为甲、乙类的储能系统，其电池布置区域敷设的及进出电池布置区域的电缆应采 用 A 级阻燃电缆。