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文檔簡介
摘要:荊門新港儲能電站為國內(nèi)首座電網(wǎng)側(cè)大型構(gòu)網(wǎng)型儲能電站,采用預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池憑借其低成本、高安全性、長壽命的自身優(yōu)勢在儲能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用,但熱失控風(fēng)險(xiǎn)大,火災(zāi)隱患不容小覷。本文結(jié)合荊門新港儲能電站工程實(shí)例論述了儲能電站電池艙消防設(shè)計(jì)方案,為以后儲能電站工程消防設(shè)計(jì)提供了借鑒。關(guān)鍵詞:新港儲能電站;磷酸鐵鋰電池;預(yù)制艙;消防一、荊門新港儲能電站概況隨著國家雙碳戰(zhàn)略的提出,可再生能源占比不斷提高,分布式電源大規(guī)模發(fā)展,但同時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)潮流分布狀態(tài)變化更為頻繁,未來新能源電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)。為推動新型電力系統(tǒng)建設(shè)和湖北電網(wǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展,荊門沙洋縣新港儲能電站先行示范工程應(yīng)時(shí)而生,該電站已于2023年11月完成消防驗(yàn)收,并于2023年12月17日全容量成功并網(wǎng)。作為國內(nèi)首座電網(wǎng)側(cè)大型構(gòu)網(wǎng)型儲能電站,為研究電網(wǎng)側(cè)大型電化學(xué)儲能的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維管理等技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn),將加快推動建設(shè)新型能源體系,助力國家“雙碳”目標(biāo)落地。新港儲能電站建設(shè)規(guī)模50兆瓦/100兆瓦時(shí),采用預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池,配置16座6.709MWh電池艙。磷酸鐵鋰電池憑借其低成本、高安全性、長壽命的自身優(yōu)勢在儲能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用,但熱失控風(fēng)險(xiǎn)大,目前儲能電站常見的安全因素有火災(zāi)、爆炸、中毒等,火災(zāi)是其中最典型的安全風(fēng)險(xiǎn)。近年來,儲能電站火災(zāi)頻發(fā),火災(zāi)隱患不容小覷,而其消防措施研究尚不完善,現(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也偏低。因此,儲能電站電池艙消防措施是整個(gè)工程非常重要一環(huán)[1]。二、儲能電站消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范電化學(xué)儲能系統(tǒng)消防相關(guān)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有如下:《電化學(xué)儲能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51048-2014)發(fā)行時(shí)間較早,未能充分考慮儲能電站的火災(zāi)防控風(fēng)險(xiǎn),標(biāo)準(zhǔn)相對滯后,現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)正在修編征求意見稿,尚未正式發(fā)布;針對國內(nèi)儲能電站市場的迅速發(fā)展,企標(biāo)、團(tuán)標(biāo)陸續(xù)修訂,2020年10月中國電力出版社出版《電化學(xué)儲能電站典型設(shè)計(jì)》(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)研院組編),2021年5月國家電網(wǎng)也針對電網(wǎng)側(cè)儲能電站發(fā)布文件《電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站消防提升措施》(試行),以上均為新港儲能電站消防設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。三、電池預(yù)制艙消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(一)電池預(yù)制艙消防措施1.預(yù)制艙布置型式本站儲能系統(tǒng)采用預(yù)制艙式布置方式,按照T/CEC373-2020《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,預(yù)制艙間短邊方向不小于4m、長邊方向3m,因本工程電池預(yù)制艙采用外維護(hù)方案,其長邊、短邊方向均有開門,根據(jù)規(guī)范并結(jié)合工程實(shí)際情況,本工程電池預(yù)制艙間距按3m考慮[2]。根據(jù)電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站消防提升措施(試行)-國網(wǎng)設(shè)備部(2021年05)3.2.4條鋰電池預(yù)制艙宜考慮分區(qū)布置,每個(gè)區(qū)域設(shè)備放電容量總和不宜超過30MWh。相鄰分區(qū)之間的防火間距不應(yīng)小于10m,防火間距不滿足時(shí),應(yīng)設(shè)置防火墻。電池艙區(qū)中間設(shè)兩道防火墻,防火墻寬度為15m,高度為4.5m,耐火極限不低于3h。2.電池預(yù)制艙特性新港儲能電站儲能電池預(yù)制艙采用40尺預(yù)制艙,容量為3.0MW/6.696MWh,共包含18面電柜、2個(gè)匯流柜、1個(gè)控制柜、水冷裝置、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。艙內(nèi)布局上對電池消防進(jìn)行嚴(yán)格要求,電池柜背對背布置,最小隔離單元為9面電池柜,9面電柜之間以及電池柜與控制柜、水冷裝置處均設(shè)置防火隔離墻,耐火極限不小于2個(gè)小時(shí)。艙體耐火等級不應(yīng)低于二級,艙內(nèi)的保溫、鋪地、裝飾材料的燃燒性能等級均采用A級。3.電池預(yù)制艙內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)根據(jù)T/CEC373-2020《預(yù)制能艙式磷酒鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》,電池艙內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w探測器、感溫感煙探測器,每種探測器不少于2個(gè)。電池艙內(nèi)火災(zāi)子系統(tǒng)與電池BMS系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動,當(dāng)聯(lián)動策略動作時(shí),關(guān)閉空調(diào)、啟動風(fēng)機(jī),跳開PCS斷路器并啟動自動滅火系統(tǒng)[3]。4.電池預(yù)制艙內(nèi)滅火系統(tǒng)考慮電池的消防安全,除了優(yōu)化鋰電池本身的安全配置方面外,還配備必要的火災(zāi)報(bào)警設(shè)施和滅火設(shè)施,及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情,把火災(zāi)消滅在初期階段,防止火災(zāi)蔓延造成更大損失。本站使用七氟丙烷全淹沒式氣體固體消防和水噴淋消防組合,每個(gè)電池艙為獨(dú)立的防護(hù)區(qū)。(二)電池預(yù)制艙防爆措施根據(jù)國網(wǎng)設(shè)備部《電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站消防提升措施》(試行)4.1.3條規(guī)定,電池預(yù)制艙設(shè)置獨(dú)立的事故機(jī)械通風(fēng)設(shè)施,且其空氣不循環(huán)使用。機(jī)械通風(fēng)應(yīng)使用消防電源或不間斷備用電源,排風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備采用防爆型。預(yù)制艙設(shè)置泄壓裝置,設(shè)在艙體2/3的高度,設(shè)置數(shù)量滿足《氣體滅火設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]。(三)消防給水系統(tǒng)根據(jù)國網(wǎng)設(shè)備部《電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站消防提升措施》(試行)5.3條以及《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》(T/CEC373-2020)第4.7條規(guī)定,新港儲能電站設(shè)置消防給水系統(tǒng),含室外消火栓;戶外消火栓宜采用地上式,消火栓的布置間距不大于60m,每個(gè)消火栓的保護(hù)半徑不大于150m。艙內(nèi)自動水消防:根據(jù)《電力儲能系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行規(guī)范》(DB11∕T1893-2021)5.7.4.5:火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類的集裝箱式儲能系統(tǒng),其電池布置區(qū)域應(yīng)設(shè)置消防水泵接合器和浸沒式水冷卻裝置,確保淹沒儲能單元或電池單元的時(shí)間不超過10min。四、滅火系統(tǒng)對比分析現(xiàn)階段儲能站滅火系統(tǒng)分為七氟丙烷、全氟己酮、細(xì)水霧、全淹沒式水消防以及水噴淋系統(tǒng)。本站設(shè)計(jì)階段對以上幾種滅火系統(tǒng)也進(jìn)行了詳細(xì)對比分析,詳見下表:關(guān)于細(xì)水霧噴頭布置到電池模組內(nèi)產(chǎn)生的影響:本電站采用液冷設(shè)備,電池模組均為密封狀態(tài),若采用噴頭到模組,前期電池廠家需要配合消防廠家對密封模組開口裝噴頭及通風(fēng)口(排除水蒸氣),該措施影響能量密度等電氣性能指標(biāo)[5];新方案需重新設(shè)計(jì)冷卻管路和電池架,模具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)周期長;經(jīng)市場咨詢調(diào)查,目前大部分廠家無法滿足上述要求。因七氟丙烷具有反應(yīng)快速、滅火性能高且造價(jià)經(jīng)濟(jì),但對熱失控產(chǎn)生的二次復(fù)燃有一定隱患,故本電站電池預(yù)制艙采用七氟丙烷滅火及水噴淋消防相結(jié)合,能有效撲滅初期火災(zāi)及防止火災(zāi)復(fù)燃。吸取北京某儲能電站起火爆炸致2名消防人員犧牲的教訓(xùn),本站將每個(gè)艙外支管總閥門設(shè)電動閥帶手動開關(guān),自動水消防系統(tǒng)可就地操作,也可經(jīng)站級火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動及自動控制,大大提高了人員安全性。同時(shí),亦能減少其他艙體誤動作造成的損失。本消防系統(tǒng)應(yīng)遵循“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的原則。電池本身質(zhì)量控制:電池模組應(yīng)充分考慮電芯散熱、防火隔離。布局盡量減少電芯及電池簇的并聯(lián)數(shù)量,提高散熱效果及減少火災(zāi)蔓延[6]。本站設(shè)置室內(nèi)自動水消防系統(tǒng),火災(zāi)報(bào)警主機(jī)可采用以下3種方式。手動允許、自動允許:手動可操作,在滿足聯(lián)動邏輯條件時(shí)自動聯(lián)動輸出;手動允許、自動禁止:手動可操作,自動不聯(lián)動,但可設(shè)置聯(lián)動對應(yīng)的手動按鍵閃爍提示燈;手動禁止、自動允許:手動不可操作,在滿足聯(lián)動邏輯條件時(shí)自動聯(lián)動輸出。說明:手動操作時(shí),控制器需要處于手動允許狀態(tài)、輸入正確密碼時(shí)才能啟動[7]。結(jié)語電化學(xué)儲能電站是解決新能源消納、增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),但是不能忽視的一點(diǎn)就是儲能電站與其他電站相比有更高的火災(zāi)危險(xiǎn)。國內(nèi)儲能電站以預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池形式居多,新港儲能電站就是其一。在本工程設(shè)計(jì)過程中,在滿足國內(nèi)最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下,和電池廠家、消
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