淺談可再生能源產業(yè)發(fā)展火災風險和消防對策

摘要：張家口市作為國家級可再生能源示范區(qū)，風電、光伏、制氫、儲能、氫燃料電池汽車等新能源產業(yè)發(fā)展如火如荼，同時存在的潛在火災風險也給日常消防安全管控工作帶來了新挑戰(zhàn)。筆者通過實地調研，積極為可再生能源產業(yè)發(fā)展過程中的消防安全管控工作建言獻策。關鍵詞：可再生能源；火災風險；消防安全管控2015年，國務院將張家口市選定為可再生能源示范區(qū)。截至目前，張家口市可再生能源裝機規(guī)模已經實現2821萬千瓦，占據了全市電力裝機總量的82.7%。然而，隨著可再生能源產業(yè)不斷發(fā)展壯大，給日常消防安全管控工作也帶來了新挑戰(zhàn)?，F結合張家口市可再生能源發(fā)展實際，實地調研風電、光伏、制氫、儲能、氫燃料電池汽車等新能源企業(yè)，為可再生能源產業(yè)發(fā)展過程中的消防安全管控建言獻策。一、可再生能源產業(yè)發(fā)展背景和意義隨著全球能源需求的不斷增長，傳統(tǒng)能源資源逐漸枯竭，環(huán)境污染和氣候變化問題日益嚴重，可再生能源開發(fā)和利用受到了世界各國的廣泛關注。可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物質能和地熱能等，具有清潔、低碳、環(huán)保、可持續(xù)等特點，被認為是未來能源發(fā)展的主要方向?？稍偕茉撮_發(fā)有利于優(yōu)化能源結構，減少對化石能源的依賴，提高能源安全。在使用過程中還可以減少溫室氣體排放，對抗全球氣候變化，保護生態(tài)環(huán)境。此外，可再生能源產業(yè)的發(fā)展可以帶動相關產業(yè)鏈的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，促進經濟增長。有利于提高人們的生活質量，改善生活環(huán)境，促進社會進步。然而，在可再生能源產業(yè)發(fā)展的過程中，火災風險也不容忽視，需要采取有效的消防對策，確保產業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展。二、可再生能源產業(yè)火災風險分析（一）風力發(fā)電火災風險風力發(fā)電機組由大量的機械和電氣部件組成，長時間運行可能會導致設備老化、磨損，從而引發(fā)火災。此外，由于風力發(fā)電機組通常安裝在偏遠地區(qū)，一旦發(fā)生故障，火勢可能較大，救援難度較大。張家口市風電項目大多建設在張北、康保、沽源、尚義、蔚縣、崇禮、赤城等地，海拔較高、全年風力資源豐富。隨著發(fā)電機組服務年限的增加，近幾年風電火災事故也偶有發(fā)生，主要表現在：一是風力發(fā)電機組控制柜、變流柜、變槳系統(tǒng)等電氣元件如果出現接頭松動、觸點腐蝕、導線過流、碳刷過流等易引發(fā)火災。二是機械結構剎車盤、軸承、齒輪箱等轉動部件摩擦產生火花，遇風機內部漏油及易燃物等易引發(fā)火災。三是避雷設施選型設計不當或接觸電阻過高，遭受雷擊易引發(fā)火災。四是機組接地故障、電線短路時，電流迅速升高至額定電流的10—15倍，使電路嚴重超負荷而發(fā)熱導致火災發(fā)生[1]。風能發(fā)電機組的塔筒和葉片常被設置在幾十米乃至上百米的高處，一旦機組起火，風扇下方的森林和草原易于被引燃，這會帶來更嚴重的社會影響。（二）光伏電站火災風險據調研，光伏電站起火往往是因為設備老化、電氣短路、電纜破裂、觸點松動、組件熱斑等，加上電站中雜草未及時清除，干枯后成為易燃物。光伏電站涉及大量的電氣設備，如光伏板、逆變器、電纜等。這些設備在運行過程中可能會因為短路、過載等原因引發(fā)火災。數據顯示，80%以上的光伏電站火災是由直流側故障觸發(fā)。常規(guī)的組件電路經常具有600V到1000V的直流高電壓，這是其工藝特色。如果直流電路中的連接器出現故障、接觸不良、老化或型號不兼容等問題，這可能會觸發(fā)直流電弧進而引起火災。此時消防救援隊伍接到報警到場后，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)往往帶有電壓超過1000V的直流電，火災撲救過程中高壓直流電持續(xù)存在，給滅火救援工作帶來較大的觸電風險[2]。另外，秋冬季野外風力較大，森林草原等可燃物干枯易燃，野外光伏電站一旦起火，往往會引發(fā)較大森林草原火災。（三）氫能火災風險氫氣儲運方式為氣態(tài)、液態(tài)、固體。氣態(tài)氫氣安全風險體現在點火能量低、爆炸極限（4%—75%）范圍寬以及燃燒速度快等。高壓氣態(tài)罐車是國內技術最成熟、應用最廣泛的設備。目前張家口市制氫、儲氫、運氫、加氫多以壓力氣瓶為主，加氫站的外送氫氣均采用長管罐車（35Mpa、70Mpa）進行運輸，對車輛安全運行、應急處置提出更高要求。當前，氫燃料車輛生產企業(yè)大多只考慮氣瓶材料、防爆和單車事故安全，很少考慮壓縮氫氣在地下停車場、隧道等密閉空間發(fā)生泄漏、著火、爆炸的危害后果。涉氫受限場所的泄爆抑爆處置風險極高，加之消防救援隊伍對氫燃料車輛動力源形式、工作原理、設備布局、火災風險、處置難點和應對措施研究較少，缺少受限場所氫燃料電池汽車火災爆炸特征與防控處置技術，一旦發(fā)生事故，如按照慣性思維進行處置，極易造成作戰(zhàn)傷亡。（四）電化學儲能電站火災風險儲能電站電池火災發(fā)展過程大致分為：某一電池單體熱失控→電池組熱失控傳播→儲能電站火災、爆炸事故發(fā)生。SEI膜將會崩潰瓦解，PE膜將遭受熔化之厄，負極與電解液的化學反應正在進行。同時，正極也與電解液產生化學反應，電解質分解，燃燒電解液；在外部，觀察到的反應表現為溫度快速升高，電池腫脹，殼體或防爆閥自動啟動，煙霧噴涌，直至產生燃燒或爆炸。此外，電化學儲能電站周圍可能也存在火源，如野火、煙頭等?；鹪词Э鼐蜁l(fā)火災，對設備和人員安全造成威脅。在電化學儲能電站的安裝、維護和運行過程中，也會因為人員操作失誤而發(fā)生火災風險。（五）氫燃料電池汽車火災風險氫燃料電池汽車主要使用磷酸鐵鋰動力電池，主要存在以下火災風險：一是熱失控。指單位時間內電池所產生（接受）的熱量超過其有效散熱能力，導致快速且不受控制釋放熱能的情形。二是產生毒性、腐蝕性及易燃氣體。電池燃燒會產生一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）、氫氟酸（HF）等具有毒性、腐蝕性及易燃性氣體，在密閉空間中會形成爆炸性環(huán)境。三是觸電。氫燃料電池汽車動力電池的驅動電壓一般都在380V以上，商用車更是高達500V以上，遠超人體安全電壓[3]。此外，氫燃料電池汽車在行駛、停車等過程中，可能遭受外部火源侵襲，如交通事故、其他車輛火災等。在氫燃料電池汽車制造、維修和運行過程中，人員操作失誤也可能導致火災風險。三、火災防控和滅火救援對策（一）風電機組防滅火措施首先，做好火災檢測。在風力發(fā)電機組各部位設置檢測儀器，常見探測器如感煙探測器、感溫探測器、感光探測器以及空氣采樣探測器等。感煙探測器一般被用作一級警報系統(tǒng)，通常被安裝在封閉空間如機艙、變頻器柜、控制柜、電纜橋架等地方；感溫探測器、感光探測器以及空氣采樣探測器等常被使用作為二級或三級報警設備，通常被安裝在容易產生火花和電弧的發(fā)電機、剎車制動器、轉子接線盒等地方。其次，合理選擇滅火介質。在大部分情況下，我們會采用含有高壓二氧化碳（CO2）或稀有氣體（例如氮氣或氬氣）或七氟丙烷等的氣體滅火系統(tǒng)，目的是為了能夠迅速撲滅火源。另外，在處理電氣火災時，常常會看到使用細水霧并混入具有阻燃性質的添加劑或泡沫液情況。風電機組中諸如變流器和控制器等重要設備，通常會配備以稀有氣體、高壓二氧化碳為基礎的氣體滅火系統(tǒng)，從而確保設備安全[4]。此外，剎車系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機、液壓站、變壓器等設備，一般都會安裝阻燃劑、泡沫細水霧滅火系統(tǒng)。（二）光伏電站防滅火措施鑒于光伏電站電氣設備的特征，主控房、配電設施室以及繼電設備室都可以安裝感煙火災探測器；主變電器、電纜層以及電纜豎井內則適宜裝置線型感溫火災探測器；對于主變電器有125MVA以上單臺設備容量的，應設置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧系統(tǒng)。其他帶油電氣設備宜采用干粉滅火器。在缺水寒冷地區(qū)可以選用排油注氮滅火裝置和合成泡沫噴淋滅火系統(tǒng)，對于戶內封閉空間的變壓器也可采用氣體滅火系統(tǒng)。另外，由于光伏電站占地面積大，電纜分布廣，無法針對電纜設置固定的滅火裝置，在電纜溝道內應采用防火分隔和阻燃電纜作為應對電纜火災的主要措施，集中敷設于溝道、槽盒中的電纜宜選用阻燃電纜。在光伏電站周圍應設置防火隔離帶，防止外部火源蔓延至電站。在電站內部，對易燃物品進行隔離存放，降低火災風險。（三）氫能防滅火措施一是強化安全防范和制度建設。圍繞氫氣制造、儲存、運輸、加注的全生產鏈條和燃料電池汽車運營、停放、維修、保養(yǎng)的全作業(yè)場景以及制氫點、加氫站、運輸車、停保場等全關鍵要素，完善檢測認證、質量監(jiān)管、標準規(guī)范、應急處置體系。二是搭建氫能應用全過程運營監(jiān)管。完善氫能應用安全防護體系，建立應急保障方案，提升安全運營能力，強化預警處置能力，為交通氫能發(fā)展建好安全屏障。配備泄漏檢測報警系統(tǒng)，及時發(fā)現和處理泄漏，避免氫氣積聚導致火災。三是規(guī)范氫氣生產、運輸、使用管理要求。加氫站（含供氫站）的設計、施工和安全管理等，應符合《氫氣站設計規(guī)范》（GB50177）、《加氫站技術規(guī)范》（GB50516）和《汽車加油加氣加氫站技術標準》（GB50156）等要求。氫能產品運輸車輛及其維保、檢測應符合《危險貨物運輸車輛結構要求》和《危險貨物道路運輸營運車輛安全技術條件》等要求[5]。在氫氣儲存和運輸場所，應設置足夠的防火距離，確保氫氣泄漏時不會直接接觸到火源。（四）儲能電站防滅火措施儲能電站作為新能源領域的重要組成部分，其安全性至關重要。儲能電站的火災風險主要來自電池熱失控、電氣設備故障、電池管理系統(tǒng)故障等。首先，要提高電池的本質安全。建議由國家相關部門圍繞火災發(fā)生三要素，解決電池電極材料易分解、電解液易燃等問題，研制高熔點SEI膜、難燃電解液等，研究制定更加有效的防護措施，控制電池熱失控產生連鎖反應，從源頭上提高電池的安全性能。其次，完善儲能電站消防安全技術標準。修正其戊類火災危險性等內容，并明確選址、防火間距、消防設施、泄壓排煙、電氣線路敷設、運維檢修等。最后，探索極早期報警設施的開發(fā)應用。目前《電化學儲能電站設計規(guī)范》中要求的普通煙感、主動吸氣等探測報警裝置不能滿足實際需要，可在電池組內設置熱釋離子探測裝置，對電池內部發(fā)生的熱解反應產生的熱解離子進行探測，實現在熱失控前的極早期預警。（五）氫燃料電池汽車防滅火措施氫氣具有高燃爆性，防止氫氣泄漏是防火安全的關鍵。首先，落實燃料電池汽車安全要求。根據《燃料電池電動汽車安全要求》（GB/T24549）和電動汽車安全標準要求，氫燃料電池車應防止氫氣泄漏爆炸，特別是在地下停車場、交通樞紐、公路隧道等場所要提高防爆等級。要配備完善的電池熱管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測電池溫度，避免過熱。其次，開發(fā)新型高效滅火劑。針對氫燃料電池汽車及車載鋰電池特有的火災特性，應研發(fā)新型高效、防復燃、防短路的滅火劑。比如：可研制移動液氮滅火裝備，火災發(fā)生后由消防救援人員遙控進入現場，在預先設置在氫燃料電池汽車電池艙外的滅火藥劑注入口灌注液氮，通過極低溫度的液氮對艙內進行降溫窒息滅火。對氫燃料電池汽車的使用者、維護人員進行定期安全培訓，使其了解和掌握防火安全知識和滅火器使用技能，并定期進行火災應急演練，提高應對火災的能力。最后，制定滅火作戰(zhàn)標準流程。針對氫燃料電池汽車燃爆特性，加強滅火救援現場偵檢、安全距