電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火救援準(zhǔn)備工作的初探

電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火救援準(zhǔn)備工作的初探摘要：4月16日，北京市豐臺(tái)區(qū)一電化學(xué)儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)，在處置過(guò)程中突發(fā)爆炸，造成2名消防員犧牲，教訓(xùn)十分深刻。近幾年來(lái)，電化學(xué)儲(chǔ)能電站發(fā)展態(tài)勢(shì)迅速、應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，其火災(zāi)荷載大、蔓延速度快，事故中常常伴隨復(fù)雜的化學(xué)連鎖反應(yīng)，釋放出的大量可燃有毒氣體，隨時(shí)有爆炸的可能，嚴(yán)重威脅救援人員的生命安全。本文從電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火救援準(zhǔn)備工作進(jìn)行初探，尋求滅火救援工作的最佳準(zhǔn)備方案，在最快完成滅火救援工作的同時(shí)，確保指戰(zhàn)員生命安全。關(guān)鍵詞：電化學(xué)儲(chǔ)能電站；滅火救援準(zhǔn)備引言：儲(chǔ)能電站主要用于城市電網(wǎng)填谷調(diào)頻、調(diào)峰、商業(yè)區(qū)輔助用電、電動(dòng)車充電等。在用電低谷期，把富裕的電能儲(chǔ)存起來(lái)；在用電高峰期間，再將儲(chǔ)存的電能輸送使用，起到平穩(wěn)變電站負(fù)荷曲線等作用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的儲(chǔ)能電站應(yīng)用較多的儲(chǔ)能電池有鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池和鋰電池等，其主要原理是經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電池正負(fù)極的充放電，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換[1]。但是關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能電站的研究和投入相對(duì)還很不足，可供借鑒的項(xiàng)目較少，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少，儲(chǔ)能電站的消防滅火方面的研究更是少之又少，近幾年國(guó)內(nèi)外電池儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)或爆炸的事故逐漸增多，所以做好在電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火救援準(zhǔn)備工作已迫在眉睫。電化學(xué)儲(chǔ)能電站分類電化學(xué)儲(chǔ)能電站可從電池類型、電池規(guī)模、儲(chǔ)能電站類型、電站分布形式以及輸電來(lái)源這五個(gè)方面進(jìn)行分類。電化學(xué)儲(chǔ)能電池類型儲(chǔ)能電站按照儲(chǔ)能電池類型分為鋰離子電池、液流電池、鉛酸電池、鈉基電池、超級(jí)電容等[2]。其中，實(shí)際應(yīng)用中鋰離子電池占比最大，最常見的是以鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池。安全風(fēng)險(xiǎn)排序：鉛酸電池＜磷酸鐵鋰材料電池＜三元材料電池＜鈉流電池[3]。電化學(xué)儲(chǔ)能電池規(guī)模按電化學(xué)儲(chǔ)能電池規(guī)模分類分為小型、中型和大型，其中，容量為1MWH以下為小型電化學(xué)儲(chǔ)能電站；容量為1MWH和30MWH之間的電站為中型電化學(xué)儲(chǔ)能電站；容量大于30MWH為大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站。電化學(xué)儲(chǔ)能電站用途儲(chǔ)能電站按照用途可劃分為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)三種類型。1、發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能用于平抑新能源發(fā)電功率波動(dòng)，參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰。為水電、火電、風(fēng)電、光電、核電等發(fā)電配套的儲(chǔ)電/供電儲(chǔ)能電站[4]；2、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓及應(yīng)急儲(chǔ)電、供電，即區(qū)域電網(wǎng)儲(chǔ)電/供電配套儲(chǔ)能電站；3、用戶側(cè)儲(chǔ)能用于削峰填谷、平移負(fù)荷，減少對(duì)供電容量需求，減緩配電網(wǎng)投資。用戶側(cè)通常位于城市商業(yè)區(qū)、大型商場(chǎng)、大學(xué)城、電動(dòng)車充電配套的發(fā)電/儲(chǔ)電/供電儲(chǔ)能電站。集發(fā)電、儲(chǔ)能、充電等業(yè)態(tài)于一體，人流、物流密集，發(fā)生事故易造成群死群傷，與發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能相比，安全風(fēng)險(xiǎn)最大。電化學(xué)儲(chǔ)能電站布局形式電化學(xué)儲(chǔ)能電站分為室外撬裝式、建筑封閉式（站房式）兩種。建筑封閉式電站通常為多模組、多樓層豎向疊加堆放，風(fēng)險(xiǎn)最大。輸電來(lái)源電化學(xué)儲(chǔ)能電站輸電來(lái)源分為市電、光伏、風(fēng)電、火電、核電等不同供電來(lái)源。用戶側(cè)電站，通常為市電、光伏、儲(chǔ)能一體化設(shè)計(jì)。二、電化學(xué)儲(chǔ)能電站主要部件電化學(xué)儲(chǔ)能電站包括儲(chǔ)能單元、功率變換系統(tǒng)（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）等。單個(gè)電芯電芯是電池組模塊中的最小單元，由電極和電解質(zhì)兩部分組成，主要作用是充電時(shí)將所獲得的電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存，放電時(shí)將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[5]。目前化學(xué)儲(chǔ)能站常用的電芯主要有酸鐵鋰和三元鋰。電池模塊（簇）電池模塊（簇）由兩個(gè)及以上的單個(gè)電芯以一定的電氣連接方式組成的單元。電池堆（站）由連接同一功率變換系統(tǒng)上的可整體控制功率輸入、輸出的電池集合。儲(chǔ)能單元電池管理系統(tǒng)、電池組及與其連接的功率變換系統(tǒng)組成的最小儲(chǔ)能系統(tǒng)。電池管理單元（BMU）單個(gè)電池的管理模塊，能夠時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池溫度、電壓等物理特性，并為電池提供通信接口。電池管理系統(tǒng)（BMS）多個(gè)電池管理模塊由特定方式組合在一起，監(jiān)測(cè)電池溫度、電壓、電流、荷電狀態(tài)等，為電池提供通信接口和保護(hù)的系統(tǒng)。功率變換系統(tǒng)（PCS）主要由變流器及其控制系統(tǒng)構(gòu)成，與電池組配套，連接于電池組與電網(wǎng)之間，把電網(wǎng)電能存入電池組或?qū)㈦姵亟M能量回饋到電網(wǎng)的系統(tǒng)[6]。電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)特點(diǎn)因鋰電池在儲(chǔ)能電站中應(yīng)用最廣，占比最多，所以本文重點(diǎn)從鋰電池火災(zāi)事故特點(diǎn)進(jìn)行闡述。事故風(fēng)險(xiǎn)大鋰離子電池隔膜缺陷、隔膜與電極錯(cuò)位、內(nèi)部雜質(zhì)，以及短路、電池破損、繼電器故障、熱輻射等因素，都極易造成都單體電池、電池模塊（簇）熱失控（熱失控是指鋰離子電池內(nèi)部電流和溫度均升高，且互相促進(jìn)的現(xiàn)象）[7]。鋰離子電池內(nèi)電解液和隔膜為可燃物，在不同荷電狀態(tài)下，正極材料和負(fù)極材料可分別成為氧化劑和還原劑，短路后易自發(fā)熱燃燒；電池還可因內(nèi)部或外部的熱源加熱，都可能觸發(fā)電池火災(zāi)。例如：電池內(nèi)部短路、機(jī)械濫用引起電池內(nèi)缺陷短路等，電池內(nèi)短路可由電能轉(zhuǎn)化為熱能，熱源引發(fā)電池內(nèi)隔膜、電解質(zhì)分解，溫度達(dá)到一定程度時(shí)觸發(fā)正極相關(guān)反應(yīng)、嵌鋰態(tài)負(fù)極相關(guān)反應(yīng)，最后導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，分解產(chǎn)生顆粒物和CO2、CO、HF、H2、低碳烷烴類等氣體，加之部分產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)、設(shè)計(jì)安裝不規(guī)范、淘汰電池梯次循環(huán)利用等因素影響，極易發(fā)生事故。高電壓高電流高能量?jī)?chǔ)能電站電池?cái)?shù)量多、模塊（簇）組數(shù)多，電站的電流電壓高、容量大，一旦發(fā)生故障，易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，能量一次性集中釋放，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)劇烈燃燒，甚至爆炸失控。事故處置過(guò)程中，若不能及時(shí)有效斷電，人員有觸電危險(xiǎn)。有毒有害、易燃易爆儲(chǔ)能電站一般空間密閉，事故狀態(tài)下電池組受熱分解，釋放大量有毒有害（CO、HF、SO2、HCl）、可燃?xì)怏w（CO、H2、CH4、C2H4、C3H6、烷烴等）和熱量，事故會(huì)迅速擴(kuò)大蔓延，極易造成區(qū)域無(wú)防護(hù)人員中毒或爆炸傷害。滅火救援難度大儲(chǔ)能電站火災(zāi)通常是電池?zé)崾Э?，電解液受熱分解，使用干粉、氣體滅火不能有效阻止熱量散發(fā)；用水、泡沫滅火，既有觸電危險(xiǎn)，也有引發(fā)其他電池短路的熱失控風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)存在爆炸危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅作戰(zhàn)人員的生命安全。四、電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)撲救的準(zhǔn)備工作（一）加強(qiáng)調(diào)研熟悉和預(yù)案制定組織力量對(duì)轄區(qū)各類儲(chǔ)能電站進(jìn)行摸底排查，開展實(shí)地熟悉調(diào)研，了解行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、趨勢(shì)、電站分布和安全風(fēng)險(xiǎn)。支隊(duì)要組織大隊(duì)和消防救援站對(duì)轄區(qū)儲(chǔ)能電站逐一進(jìn)行摸排，熟悉掌握每個(gè)儲(chǔ)能電站的具體位置、儲(chǔ)能類型、電池類型、容量規(guī)模、火災(zāi)危險(xiǎn)性、固定滅火設(shè)施、事故處置對(duì)策等基本情況，收集電站的平面圖、裝機(jī)圖、流程圖、線路圖、控制圖等基礎(chǔ)資料。各級(jí)要建立儲(chǔ)能電站資料檔案庫(kù)，支隊(duì)要逐一制定滅火救援預(yù)案，真正摸清底數(shù)，做到心中有數(shù)。（二）加強(qiáng)儲(chǔ)能電站火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)研究要充分利用當(dāng)?shù)仉娀瘜W(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)＜液推髽I(yè)技術(shù)資源，并將其納入滅火救援專家組，同轄區(qū)大隊(duì)共同開展電化學(xué)儲(chǔ)能電站滅火救援技戰(zhàn)術(shù)研究，充分發(fā)揮專家作用，開展教學(xué)培訓(xùn)、專題調(diào)研和課題攻關(guān)。邀請(qǐng)相關(guān)專家為隊(duì)伍各級(jí)指戰(zhàn)員進(jìn)行專題授課，學(xué)習(xí)掌握電化學(xué)儲(chǔ)能站辨識(shí)方法、專業(yè)知識(shí)、儲(chǔ)能模式、風(fēng)險(xiǎn)危害、處置對(duì)策和安全注意事項(xiàng)等。組織對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電化學(xué)儲(chǔ)能電站事故典型戰(zhàn)例進(jìn)行復(fù)盤研討，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。針對(duì)轄區(qū)電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)撲救，組織相關(guān)專家和業(yè)務(wù)骨干研究制定處置程序要點(diǎn)，明確警戒范圍、車輛?？?、偵察檢測(cè)、處置措施以及緊急避險(xiǎn)、緊急撤離、安全警示等內(nèi)容。（三）推動(dòng)企業(yè)單位組建應(yīng)急專業(yè)力量要樹立儲(chǔ)能電站事故“技術(shù)處置”理念，督促落實(shí)單位主體責(zé)任。提請(qǐng)地方政府推動(dòng)大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站依法組建專兼職消防隊(duì)伍和技術(shù)應(yīng)急處置隊(duì)，中小型電化學(xué)儲(chǔ)能電站建立技術(shù)應(yīng)急處置隊(duì)伍和機(jī)制，技術(shù)處置力量和值班人員要掌握儲(chǔ)能電站安全運(yùn)行、風(fēng)險(xiǎn)研判、故障處理和應(yīng)急處置等專業(yè)技能。督促電化學(xué)儲(chǔ)能電站運(yùn)維管理單位制定應(yīng)急處置預(yù)案，加強(qiáng)救援裝備配備，開展專業(yè)訓(xùn)練和演練。要推動(dòng)各級(jí)政府高度重視電化學(xué)儲(chǔ)能電站的潛在風(fēng)險(xiǎn)，建立事故處置應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，定期組織開展聯(lián)合實(shí)戰(zhàn)演練，切實(shí)提高本區(qū)域綜合應(yīng)急處置能力。五、電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)滅火對(duì)策（一）加強(qiáng)第一出動(dòng)力量調(diào)集轄區(qū)指揮中心接到報(bào)警后應(yīng)按三級(jí)火警調(diào)派力量，優(yōu)先調(diào)派大功率大流量水罐泡沫消防車、大跨距舉高噴射消防車、高倍數(shù)泡沫消防車、供氣消防車、干粉消防車、搶險(xiǎn)救援消防車、遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)等車輛，以及遙控消防水炮、水力自擺消防水炮、消防機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、漏電探測(cè)儀、測(cè)溫儀、可燃?xì)怏w檢測(cè)儀、有毒氣體檢測(cè)儀、電絕緣裝具、絕緣剪斷鉗、備用氣瓶等器材和個(gè)人防護(hù)裝備。同時(shí)調(diào)集能源、電力、應(yīng)急、公安、醫(yī)療、環(huán)保、通信、氣象、重型機(jī)械、供水等聯(lián)動(dòng)力量，以及建筑結(jié)構(gòu)、化學(xué)、電力等行業(yè)專家到場(chǎng)輔助處置。（二）強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管控根據(jù)儲(chǔ)能電站電壓、電流、容量、事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及爆炸沖擊可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)危害，實(shí)施安全管控和交通管制，200m警戒范圍內(nèi)禁人員、禁車輛。另根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情特征做好相應(yīng)的等級(jí)防護(hù)，做到防爆炸、防中毒、防觸電、防腐蝕、防灼傷。多點(diǎn)設(shè)置安全員，全程觀察、監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域和部位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可燃、有毒氣體濃度和帶電情況，及時(shí)預(yù)判可能發(fā)生的危險(xiǎn)跡象，預(yù)先確定撤離信號(hào)，明確撤離方式和路線。（三）全方位開展火情偵察在技術(shù)應(yīng)急處置隊(duì)、專職消防隊(duì)或單位技術(shù)人員的配合下，研究制定偵察方案，明確偵察人員組成和任務(wù)分工。偵察過(guò)程中，必須確保安全，在單位知情人或技術(shù)人員引導(dǎo)下，與電力公司、光伏、儲(chǔ)能電站等專業(yè)人員共同實(shí)施。在現(xiàn)場(chǎng)情況不明，優(yōu)先使用消防機(jī)器人、無(wú)人機(jī)抵近偵察，利用可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測(cè)器對(duì)周邊及內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)；通過(guò)內(nèi)部監(jiān)控視頻，判定電化學(xué)儲(chǔ)能站事故類型、發(fā)展階段和災(zāi)情等級(jí)。（四）消防技戰(zhàn)術(shù)措施堅(jiān)持“安全防御、控制燃燒”的原則。經(jīng)評(píng)估確認(rèn)，事故儲(chǔ)能電站具備處置條件，要設(shè)置防爆炸沖擊屏障，利用遙控消防水炮、水力自擺消防水炮、高噴車臂架水炮等遠(yuǎn)距離控制火勢(shì)、冷卻降溫。如需抵近作業(yè)，有條件的一律采用消防機(jī)器人前置部署陣地。對(duì)其他未著火的建筑或區(qū)域設(shè)置水幕分隔保護(hù)。經(jīng)評(píng)估確認(rèn)，儲(chǔ)能電站不具備處置條件的，利用消防機(jī)器人稀釋、水幕分隔的方式，實(shí)施稀釋降毒，第一時(shí)間疏散群眾，阻截輻射熱，保護(hù)周邊建筑和重點(diǎn)目標(biāo)，等待最佳處置時(shí)機(jī)。結(jié)語(yǔ)：綜上所述，儲(chǔ)能電站的技術(shù)還未成熟，一旦起火，在自身的防火倉(cāng)失效及預(yù)置式滅火裝置失去作用后，不需要人為主動(dòng)參與滅火，而滅火救援的任務(wù)就是緊急疏散和看護(hù)好燃燒現(xiàn)場(chǎng)。本文對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故的應(yīng)急救援處置技術(shù)、方式等進(jìn)行深入探究與分析，有助于消防救援人員提升儲(chǔ)能電站應(yīng)急處置能力和水平，確保國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。參考文獻(xiàn)[1]朱亞平.電池儲(chǔ)能電站消防滅火措施探討[J].上海節(jié)能,2017(01):33-36.[2]張?jiān)铺?電化學(xué)儲(chǔ)能在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用分析[J].科技資訊,2017,15(14):19-20.[3]曹濤,朱清峰,