淺談可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展火災(zāi)風(fēng)險和消防對策

王紅濤

摘要：張家口市作為國家級可再生能源示范區(qū)，風(fēng)電、光伏、制氫、儲能、氫燃料電池汽車等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，同時存在的潛在火災(zāi)風(fēng)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(diào)研，積極為可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的消防安全管控工作建言獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：可再生能源；火災(zāi)風(fēng)險；消防安全管控

2015年，國務(wù)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(jī)規(guī)模已經(jīng)實現(xiàn)2821萬千瓦，占據(jù)了全市電力裝機(jī)總量的82.7%。然而，隨著可再生能源產(chǎn)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)。現(xiàn)結(jié)合張家口市可再生能源發(fā)展實際，實地調(diào)研風(fēng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的消防安全管控建言獻(xiàn)策。

一、可再生能源產(chǎn)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(yán)重，可再生能源開發(fā)和利用受到了世界各國的廣泛關(guān)注。可再生能源主要包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿龋哂星鍧崱⒌吞肌h(huán)保、可持續(xù)等特點，被認(rèn)為是未來能源發(fā)展的主要方向。

可再生能源開發(fā)有利于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，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(hù)生態(tài)環(huán)境。此外，可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。有利于提高人們的生活質(zhì)量，改善生活環(huán)境，促進(jìn)社會進(jìn)步。然而，在可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，火災(zāi)風(fēng)險也不容忽視，需要采取有效的消防對策，確保產(chǎn)業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展。

二、可再生能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)風(fēng)險分析

（一）風(fēng)力發(fā)電火災(zāi)風(fēng)險

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由大量的機(jī)械和電氣部件組成，長時間運行可能會導(dǎo)致設(shè)備老化、磨損，從而引發(fā)火災(zāi)。此外，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常安裝在偏遠(yuǎn)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(fēng)電項目大多建設(shè)在張北、康保、沽源、尚義、蔚縣、崇禮、赤城等地，海拔較高、全年風(fēng)力資源豐富。隨著發(fā)電機(jī)組服務(wù)年限的增加，近幾年風(fēng)電火災(zāi)事故也偶有發(fā)生，主要表現(xiàn)在：一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制柜、變流柜、變槳系統(tǒng)等電氣元件如果出現(xiàn)接頭松動、觸點腐蝕、導(dǎo)線過流、碳刷過流等易引發(fā)火災(zāi)。二是機(jī)械結(jié)構(gòu)剎車盤、軸承、齒輪箱等轉(zhuǎn)動部件摩擦產(chǎn)生火花，遇風(fēng)機(jī)內(nèi)部漏油及易燃物等易引發(fā)火災(zāi)。三是避雷設(shè)施選型設(shè)計不當(dāng)或接觸電阻過高，遭受雷擊易引發(fā)火災(zāi)。四是機(jī)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(yán)重超負(fù)荷而發(fā)熱導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生[1]。風(fēng)能發(fā)電機(jī)組的塔筒和葉片常被設(shè)置在幾十米乃至上百米的高處，一旦機(jī)組起火，風(fēng)扇下方的森林和草原易于被引燃，這會帶來更嚴(yán)重的社會影響。

（二）光伏電站火災(zāi)風(fēng)險

據(jù)調(diào)研，光伏電站起火往往是因為設(shè)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(shè)備，如光伏板、逆變器、電纜等。這些設(shè)備在運行過程中可能會因為短路、過載等原因引發(fā)火災(zāi)。數(shù)據(jù)顯示，80%以上的光伏電站火災(zāi)是由直流側(cè)故障觸發(fā)。常規(guī)的組件電路經(jīng)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(xiàn)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(jìn)而引起火災(zāi)。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(zāi)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(fēng)險[2]。另外，秋冬季野外風(fēng)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(zāi)。

（三）氫能火災(zāi)風(fēng)險

氫氣儲運方式為氣態(tài)、液態(tài)、固體。氣態(tài)氫氣安全風(fēng)險體現(xiàn)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(nèi)技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的設(shè)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(jìn)行運輸，對車輛安全運行、應(yīng)急處置提出更高要求。當(dāng)前，氫燃料車輛生產(chǎn)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(fēng)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(shè)備布局、火災(zāi)風(fēng)險、處置難點和應(yīng)對措施研究較少，缺少受限場所氫燃料電池汽車火災(zāi)爆炸特征與防控處置技術(shù)，一旦發(fā)生事故，如按照慣性思維進(jìn)行處置，極易造成作戰(zhàn)傷亡。

（四）電化學(xué)儲能電站火災(zāi)風(fēng)險

儲能電站電池火災(zāi)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(zāi)、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(fù)極與電解液的化學(xué)反應(yīng)正在進(jìn)行。同時，正極也與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，電解質(zhì)分解，燃燒電解液；在外部，觀察到的反應(yīng)表現(xiàn)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(chǎn)生燃燒或爆炸。此外，電化學(xué)儲能電站周圍可能也存在火源，如野火、煙頭等。火源失控就會引發(fā)火災(zāi)，對設(shè)備和人員安全造成威脅。在電化學(xué)儲能電站的安裝、維護(hù)和運行過程中，也會因為人員操作失誤而發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險。

（五）氫燃料電池汽車火災(zāi)風(fēng)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(zāi)風(fēng)險：一是熱失控。指單位時間內(nèi)電池所產(chǎn)生（接受）的熱量超過其有效散熱能力，導(dǎo)致快速且不受控制釋放熱能的情形。二是產(chǎn)生毒性、腐蝕性及易燃?xì)怏w。電池燃燒會產(chǎn)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(qū)動電壓一般都在380V以上，商用車更是高達(dá)500V以上，遠(yuǎn)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(zāi)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(dǎo)致火災(zāi)風(fēng)險。

三、火災(zāi)防控和滅火救援對策

（一）風(fēng)電機(jī)組防滅火措施

首先，做好火災(zāi)檢測。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部位設(shè)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(jī)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(shè)備，通常被安裝在容易產(chǎn)生火花和電弧的發(fā)電機(jī)、剎車制動器、轉(zhuǎn)子接線盒等地方。其次，合理選擇滅火介質(zhì)。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(zāi)時，常常會看到使用細(xì)水霧并混入具有阻燃性質(zhì)的添加劑或泡沫液情況。風(fēng)電機(jī)組中諸如變流器和控制器等重要設(shè)備，通常會配備以稀有氣體、高壓二氧化碳為基礎(chǔ)的氣體滅火系統(tǒng)，從而確保設(shè)備安全[4]。此外，剎車系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、液壓站、變壓器等設(shè)備，一般都會安裝阻燃劑、泡沫細(xì)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(shè)備的特征，主控房、配電設(shè)施室以及繼電設(shè)備室都可以安裝感煙火災(zāi)探測器；主變電器、電纜層以及電纜豎井內(nèi)則適宜裝置線型感溫火災(zāi)探測器；對于主變電器有125MVA以上單臺設(shè)備容量的，應(yīng)設(shè)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(shè)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(nèi)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(shè)置固定的滅火裝置，在電纜溝道內(nèi)應(yīng)采用防火分隔和阻燃電纜作為應(yīng)對電纜火災(zāi)的主要措施，集中敷設(shè)于溝道、槽盒中的電纜宜選用阻燃電纜。在光伏電站周圍應(yīng)設(shè)置防火隔離帶，防止外部火源蔓延至電站。在電站內(nèi)部，對易燃物品進(jìn)行隔離存放，降低火災(zāi)風(fēng)險。

（三）氫能防滅火措施

一是強(qiáng)化安全防范和制度建設(shè)。圍繞氫氣制造、儲存、運輸、加注的全生產(chǎn)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(guān)鍵要素，完善檢測認(rèn)證、質(zhì)量監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、應(yīng)急處置體系。二是搭建氫能應(yīng)用全過程運營監(jiān)管。完善氫能應(yīng)用安全防護(hù)體系，建立應(yīng)急保障方案，提升安全運營能力，強(qiáng)化預(yù)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(xiàn)和處理泄漏，避免氫氣積聚導(dǎo)致火災(zāi)。三是規(guī)范氫氣生產(chǎn)、運輸、使用管理要求。加氫站（含供氫站）的設(shè)計、施工和安全管理等，應(yīng)符合《氫氣站設(shè)計規(guī)范》（GB50177）、《加氫站技術(shù)規(guī)范》（GB50516）和《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50156）等要求。氫能產(chǎn)品運輸車輛及其維保、檢測應(yīng)符合《危險貨物運輸車輛結(jié)構(gòu)要求》和《危險貨物道路運輸營運車輛安全技術(shù)條件》等要求[5]。在氫氣儲存和運輸場所，應(yīng)設(shè)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(lǐng)域的重要組成部分，其安全性至關(guān)重要。儲能電站的火災(zāi)風(fēng)險主要來自電池?zé)崾Э亍㈦姎庠O(shè)備故障、電池管理系統(tǒng)故障等。首先，要提高電池的本質(zhì)安全。建議由國家相關(guān)部門圍繞火災(zāi)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(hù)措施，控制電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生連鎖反應(yīng)，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(shù)標(biāo)準(zhǔn)。修正其戊類火災(zāi)危險性等內(nèi)容，并明確選址、防火間距、消防設(shè)施、泄壓排煙、電氣線路敷設(shè)、運維檢修等。最后，探索極早期報警設(shè)施的開發(fā)應(yīng)用。目前《電化學(xué)儲能電站設(shè)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(nèi)設(shè)置熱釋離子探測裝置，對電池內(nèi)部發(fā)生的熱解反應(yīng)產(chǎn)生的熱解離子進(jìn)行探測，實現(xiàn)在熱失控前的極早期預(yù)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(guān)鍵。首先，落實燃料電池汽車安全要求。根據(jù)《燃料電池電動汽車安全要求》（GB/T24549）和電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)要求，氫燃料電池車應(yīng)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?zé)峁芾硐到y(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(zāi)特性，應(yīng)研發(fā)新型高效、防復(fù)燃、防短路的滅火劑。比如：可研制移動液氮滅火裝備，火災(zāi)發(fā)生后由消防救援人員遙控進(jìn)入現(xiàn)場，在預(yù)先設(shè)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(nèi)進(jìn)行降溫窒息滅火。對氫燃料電池汽車的使用者、維護(hù)人員進(jìn)行定期安全培訓(xùn)，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(jìn)行火災(zāi)應(yīng)急演練，提高應(yīng)對火災(zāi)的能力。最后，制定滅火作戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)流程。針對氫燃料電池汽車燃爆特性，加強(qiáng)滅火救援現(xiàn)場偵檢、安全距離設(shè)定、水源供給、緊急撤離等滅火技戰(zhàn)術(shù)要領(lǐng)的相關(guān)研究和演練，多種車輛發(fā)生事故時，應(yīng)準(zhǔn)確辨識車輛類型，分類進(jìn)行處置，情況不明時嚴(yán)禁盲目破拆，提高預(yù)案的針對性和科學(xué)性。

結(jié)語

隨著可再生能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，火災(zāi)風(fēng)險不容忽視。通過加強(qiáng)設(shè)備安全性能、完善消防設(shè)施、加強(qiáng)消防安全培訓(xùn)、制定應(yīng)急預(yù)案和強(qiáng)化監(jiān)管等措施，可以有效降低可再生能源產(chǎn)業(yè)的火災(zāi)風(fēng)險，保障產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。同時，政府、企業(yè)和從業(yè)人員應(yīng)共同努力，增強(qiáng)消防安全意識，共同為可再生能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好的安全環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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