電化學儲能電站滅火戰術措施探討

＊張 濤

（格爾木市消防救援支隊 青海 816000）

1.電化學儲能電站概況

2020年9月第七十五屆聯合國大會一般性辯論上，中國提出了“碳達峰”和“碳中和”目標，風電、光電等可再生能源與清潔能源在國家能源戰略體系中所占的比重和結構正在逐步上升，并且預計在2040年左右裝機容量將全面超越火電，成為國內最大的兩種發電形式。

但受氣象條件影響，相比燃燒煤炭、石油、天然氣的火電廠，風能和太陽能發電廠存在間歇性和波動性兩個問題，為此提出了分布式能源網的解決方案。而儲能電站則作為解決電力供需時差以及平滑風光等新能源的輸出功率，是必不可少的重要一環。目前依據技術的不同，主流儲能電站可分為四類：抽水儲能、熔融鹽儲能、飛輪儲能以及電化學儲能。根據中國儲能網訊公開信息，截至2020年底，我國已經投入運儲能項目總裝機規模在35.6GW，約占全球市場的18.6%，同比增長為9.8%。其中，抽水蓄能的總裝機規模是最大的，約為31.79GW，同比增長為4.9%；電化學儲能的總裝機規模位列全球第二，為3269.2MW，同比增長為91.2%。抽水儲能和熔融鹽儲能目前主要應用在水電站和光熱電站中，飛輪儲能則逐步在艦艇和軌道載具上進行探索，都有著地理條件或者單位儲能效率相對較低的限制，所以電化學儲能是目前應用最廣泛、前景最明朗的形式。

2.電化學儲能電站事故及原因

雖然電化學儲能擁有著明顯的優勢和發展速度，但近年來此類事故時有發生。據統計，在2011年—2022年1月份間全球各地共計發生37起爆炸事故及電化學儲能電站火災，其中，1起在日本、6起在美國、1起在比利時、24起在韓國、4起在中國。

同時根據國家應急管理部消防救援局發布的數據，采取和電化學儲能電站相似技術的電動汽車，在2022年第一季度，國內接報的新能源汽車火災共計640起，相比上年同期上升了32%。目前電化學儲能技術的應用正處于探索階段，處于“澡盆曲線”的“早期失效期”，事故風險相對應的也較為突出。

圖1 電化學儲能電站發展“澡盆曲線”

(1)典型事故案例

2017年3月7日，山西某火力發電廠的儲能系統中輔助機組的AGC調頻項目突發火災，這次火災總共燒毀一個單位的三元鋰離子電池儲能、416個儲能鋰電池包、26個電池管理系統包以及其他相關設施若干。同年12月22日該電廠9MW調頻項目2號儲能集裝箱柜發生火災，并伴有爆炸次生災害，山西省公安消防總隊（現山西省消防救援總隊）已向全省發出通報（晉公消辦〔2017〕382號）。2018年8月3日，江蘇揚中某用戶側磷酸鐵鋰儲能電站發生火災，一個儲能集裝箱整體燒毀。

而國內目前影響最大的是，2021年4月16日，北京國軒福威斯光儲充技術有限公司大紅門光儲充電站發生火災，并出現無預兆爆炸，造成2名消防救援人員犧牲，1名消防救援人員受傷，同時電站1人失聯。針對這一問題國內多部門自2018年起，先后下發多次行業規范政策和整改方案。

表1 近年國內儲能消防行業相關政策

國外最典型的案例則是，2019年4月19日，美國亞利桑那州APS公司下屬McMicken變電站的2MW/2.47MWh鋰電儲能系統發生著火爆炸事故，造成4名消防人員受傷，不僅在全球范圍內引起了高度重視也第一時間發布了調查結果，美國消防救援部門也印發了標準處置程序。

(2)事故原因

電化學儲能設備利用氧化還原機理在單位空間內存儲能量密度極高，雖然國內外不斷出臺相關標準進行安裝、運行流程的規范，但由于其本身特性，易導致電池內部熱量積聚，一旦超過臨界點即會產生電池熱失控。并且熱失控傳播迅速，會在電池模塊、電池柜、乃至儲能電池艙間傳播，電池燃燒時釋放的可燃氣體將進一步延長燃燒時間，增加撲滅難度，甚至造成爆炸，最終導致嚴重的經濟和人員損傷，目前主流觀點認為引起熱失控主要有內部和外部兩種原因：

①電池本體的內部因素。主要有兩種情況：一是由于隔膜表面導電粉塵、正負極錯位、極片毛刺和電解液分布不均等生產工藝造成的影響；二是材料中金屬雜質等電池材料造成的影響。

②運維過程的外部因素。主要有三種情況：一是由于電池一致性差造成的溫場不均勻；二是由于長時間使用負極表面析鋰、低溫充電、大電流充電、負極性能衰減過快或震動、跌落、碰撞等造成的短路；三是由于大電流充電導致的局部過充或極片涂層、電液分布不均引起的局部過充，以及正極性能衰減過快等造成的過充。

(3)災害特點

儲能電站作為新興產業，滅火救援相關經驗也較為缺乏，實戰中造成人員傷亡和火勢難以控制的原因是多種方面的，主要有以下幾個方面的特點：一是事故突發性強，火勢蔓延迅速，持續時間長；二是事故潛在危險性大，極易釋放一氧化碳、二氧化碳、氫氣、烷烯烴等有毒氣體，伴隨較高爆炸的危險；三是火災撲救技術要求高，國內消防救援隊伍普遍沒有撲救此類火災的經驗，由于電池具備持續放電特性，明火熄滅后復燃風險大，對持續冷卻降溫有較高的要求，同時也易引發次生災害；四是處置難度較大,由于電池組存放在箱壁厚度為110mm的集裝箱內無法展開內攻,燃燒初期撲救處置方法不多。

3.新能源滅火救援作戰編成

為應對電化學儲能電站災害事故特點，實施針對性力量部署和專業化救援工作，消防救援局近年來針對化工災害事故作戰提出的指導意見具有較強的參考價值，該指導意見結合了全國大部分應急救援隊伍的作戰實力，對作戰力量的基本構成劃分較為合理，因此可以參照該指導意見，建設有針對性的專業滅火救援編隊，針對電化學儲能電站以及配套的電池金屬生產廠房、光伏光熱發電裝置等上下游產業，實現全方位、全覆蓋的力量體系建設。

(1)作戰單元

在新能源事故火災處置中其最基本的作戰力量，要能夠形成獨立的作戰體系。由于多數新能源事故具有環境復雜、不確定性大等特殊情況，要依據消防站總人員編制和車輛數量，依托消防人員、車輛和裝備構成各種作戰單元，針對化學儲能電站、發電機組、火災不同類型事故，編制相應作戰單元的組成要素和作戰能力要求。

①通信指揮單元建議編配2車12人，由1輛衛星通信指揮車和1輛越野通信車組成。主要承擔化工火災事故處置途中和現場通信、調度指揮和研判會商等任務，根據事故規模選擇出動車輛及人數。同時由于新能源發電機組多位于人煙稀少、信號羸弱的區域，所以除了常規通信設備外還要充分考慮“三斷”情況，并充分利用雙光無人機偵查優勢，輔助滅火救援行動。

②防化偵檢單元建議編配2車12人，由1輛防化洗消車和1輛水罐消防車組成。儲能電池熱失控過程中會產生大量的可燃性氣體和易燃的電解液，易造成爆燃或爆炸，該單元主要負責前期偵檢，要事先設立車輛、人員、裝備陣地，實時了解泄露具體情況以便實施處置作業。

③舉高噴射單元建議編配3車10人，由2輛大功率水罐（泡沫）車和1輛高噴消防車組成。單個高噴車作戰單元滅火泡沫強度為≥80L/s。作戰車輛數量和消防泵及臂端炮流量匹配依據：高噴消防車臂端炮流量在60～80L/s，且橫向跨距較長，可以在遠端實施冷卻滅火，重點針對風力發電機、光熱發電塔高位作業。

④滅火冷卻單元建議編配3車14人，由2輛水罐（泡沫）車、1輛大功率水罐（泡沫）車組成。單個作戰單元冷卻強度為≥80L/s。作戰車輛數量和消防泵流量匹配依據：泡沫車作戰單元主戰車泵流量應≥150L/s，目前國內主流配備的水罐（泡沫）車大多是中低功率，水泵流量大多為60～80L/s，可實施一拖二作戰單元構成方式，保障主戰車的供液不間斷，才能形成最大作戰能力。

⑤沙土滅火單元建議編配6車15人，由1輛裝載機、1輛拋沙滅火車、1輛混凝土攪拌車、1輛混凝土噴漿車、2輛沙土裝載車組成。其搭配是應對金屬類火災，依托地方施工單位，利用大型工程機械，采用混凝土、砂石土構建圍堰和封鎖墻，阻礙火勢發展的處置作業。

⑥破拆單元建議編配2車8人，由1輛搶險救援車、1輛多功能搶險救援車組成。為應對金屬火災、化學儲能電站火災等中對廠房、機組箱外殼及其他情況進行切割、拖拽、破碎、抓取、剪切、起吊、破障等作業，輔助滅火救援行動。

⑦拖車炮單元建議編配3車12人，由1門拖車炮、2輛大功率（水罐）泡沫車組成。每個拖車炮滅火冷卻強度為≥200L/s。當前，單個拖車炮的流量在200L/s左右，對于那些極端條件的高溫熱輻射火災撲救中優勢非常突出，但是因其流量較大，只有搭配大功率消防車、供液泵車和遠程供水系統共同使用才能正常工作，并且發揮其作用。

⑧遠程供水單元建議編配4車18人，由1輛供液泵車和1套遠程供水系統（1輛泵浦車、2輛水帶鋪設車）組成。根據實際需求向作戰單元進行供水或供泡沫液作業，保證不間斷射流。

⑨干粉注氮單元建議編配1車6人，由1輛制氮干粉聯用消防車組成。針對發電、帶電設備、可燃氣體、活潑金屬等不適用于水和沙土進行撲救的火災事故，進行精準救援。

同時設置戰勤保障單元，根據任務需求配置相應車輛。

(2)作戰編隊

作戰編隊是假定以發生重特大新能源災害事故或同時發生多起新能源災害事故為對象，根據實際情況，對標建設的多種力量。

①儲能電站滅火救援編成，包括1個單元通信指揮、3個單元冷卻滅火、1個單元干粉注氮、1個單元破拆輔助、1個單元舉高噴射、1個單元防化偵檢、1個單元遠程供水、1個單元拖車炮、1個單元戰勤保障，共計33輛車約134人。

②儲能電站滅火救援編成，包括1個單元通信指揮、1個單元冷卻滅火、2個單元沙土滅火、1個單元防化偵檢、1個單元破拆輔助、1個單元戰勤保障（重點強化沙土保障），共計35輛車約90人。

③新能源汽車滅火救援編成，包括1個單元通信指揮、1個單元冷卻滅火、1個單元沙土滅火（大型車輛事故），共計11輛車約41人。

④發電裝置滅火救援編成，包括1個單元通信指揮、1個單元冷卻滅火、1個單元防化偵檢、1個單元遠程供水、1個單元拖車炮、3個單元舉高噴射、1個單元干粉注氮、1個單元破拆輔助、1個單元戰勤保障，共計33輛車約126人。

4.結語

得益于豐富的光資源、風能、熔鹽礦藏以及大片廣袤的可利用土地，我國西北部城市正逐漸成長為新能源技術發展重要產地，而電化學儲能技術是駁接各類新能源技術投入實際應用的重要渠道，按照國內外經驗來看，電化學儲能電站災害事故發生的上升趨勢已經難以避免。如果依據傳統滅火救援戰術戰法，很明顯是滿足不了實際需求，那就需要多個部門協調作業，需要建立相應的機制，并且加強研究方案、創新實操方法、增強裝備配置、固化打法，把分隊作戰效能最大發揮出來。并且對應急救援部門的現有裝備作戰能力進行全方位評估，突出高精尖滅火救援裝備效能，優化現有裝備結構，讓救援隊伍力量著重“練響應集結、練協同配合、練聯合作戰”實現從數量規模型向質量效能型轉變，更好地應對可能發生的各類災害事故。