荊門新港儲能電站電池艙消防設計研究

白曉飛 余莎

摘要：荊門新港儲能電站為國內首座電網側大型構網型儲能電站，采用預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、長壽命的自身優勢在儲能系統廣泛應用，但熱失控風險大，火災隱患不容小覷。本文結合荊門新港儲能電站工程實例論述了儲能電站電池艙消防設計方案，為以后儲能電站工程消防設計提供了借鑒。

關鍵詞：新港儲能電站；磷酸鐵鋰電池；預制艙；消防

一、荊門新港儲能電站概況

隨著國家雙碳戰略的提出，可再生能源占比不斷提高，分布式電源大規模發展，但同時導致系統潮流分布狀態變化更為頻繁，未來新能源電力系統的安全穩定運行將面臨巨大挑戰。為推動新型電力系統建設和湖北電網轉型發展，荊門沙洋縣新港儲能電站先行示范工程應時而生，該電站已于2023年11月完成消防驗收，并于2023年12月17日全容量成功并網。作為國內首座電網側大型構網型儲能電站，為研究電網側大型電化學儲能的規劃、建設、運維管理等技術積累經驗，將加快推動建設新型能源體系，助力國家“雙碳”目標落地。

新港儲能電站建設規模50兆瓦/100兆瓦時，采用預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、長壽命的自身優勢在儲能系統廣泛應用，但熱失控風險大，目前儲能電站常見的安全因素有火災、爆炸、中毒等，火災是其中最典型的安全風險。近年來，儲能電站火災頻發，火災隱患不容小覷，而其消防措施研究尚不完善，現行相關設計標準也偏低。因此，儲能電站電池艙消防措施是整個工程非常重要一環[1]。

二、儲能電站消防設計標準規范

電化學儲能系統消防相關的國內標準主要有如下：

《電化學儲能電站設計規范》（GB51048-2014）發行時間較早，未能充分考慮儲能電站的火災防控風險，標準相對滯后，現該標準正在修編征求意見稿，尚未正式發布；針對國內儲能電站市場的迅速發展，企標、團標陸續修訂，2020年10月中國電力出版社出版《電化學儲能電站典型設計》（國網江蘇省電力有限公司經研院組編），2021年5月國家電網也針對電網側儲能電站發布文件《電網側電化學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計提供了依據。

三、電池預制艙消防系統設計方案

（一）電池預制艙消防措施

1.預制艙布置型式

本站儲能系統采用預制艙式布置方式，按照T/CEC373-2020《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》規定，預制艙間短邊方向不小于4m、長邊方向3m，因本工程電池預制艙采用外維護方案，其長邊、短邊方向均有開門，根據規范并結合工程實際情況，本工程電池預制艙間距按3m考慮[2]。

根據電網側電化學儲能電站消防提升措施（試行）-國網設備部（2021年05）3.2.4條鋰電池預制艙宜考慮分區布置，每個區域設備放電容量總和不宜超過30MWh。相鄰分區之間的防火間距不應小于10m，防火間距不滿足時，應設置防火墻。電池艙區中間設兩道防火墻，防火墻寬度為15m，高度為4.5m，耐火極限不低于3h。

2.電池預制艙特性

新港儲能電站儲能電池預制艙采用40尺預制艙，容量為3.0MW/6.696MWh，共包含18面電柜、2個匯流柜、1個控制柜、水冷裝置、消防系統、照明系統、監控系統等。艙內布局上對電池消防進行嚴格要求，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、水冷裝置處均設置防火隔離墻，耐火極限不小于2個小時。艙體耐火等級不應低于二級，艙內的保溫、鋪地、裝飾材料的燃燒性能等級均采用A級。

3.電池預制艙內火災報警系統

根據T/CEC373-2020《預制能艙式磷酒鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》，電池艙內設置可燃氣體探測器、感溫感煙探測器，每種探測器不少于2個。電池艙內火災子系統與電池BMS系統進行聯動，當聯動策略動作時，關閉空調、啟動風機，跳開PCS斷路器并啟動自動滅火系統[3]。

4.電池預制艙內滅火系統

考慮電池的消防安全，除了優化鋰電池本身的安全配置方面外，還配備必要的火災報警設施和滅火設施，及時發現火情，把火災消滅在初期階段，防止火災蔓延造成更大損失。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，每個電池艙為獨立的防護區。

（二）電池預制艙防爆措施

根據國網設備部《電網側電化學儲能電站消防提升措施》（試行）4.1.3條規定，電池預制艙設置獨立的事故機械通風設施，且其空氣不循環使用。機械通風應使用消防電源或不間斷備用電源，排風、空調等設備采用防爆型。預制艙設置泄壓裝置，設在艙體2/3的高度，設置數量滿足《氣體滅火設計規范》[4]。

（三）消防給水系統

根據國網設備部《電網側電化學儲能電站消防提升措施》（試行）5.3條以及《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》（T/CEC373-2020）第4.7條規定，新港儲能電站設置消防給水系統，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，每個消火栓的保護半徑不大于150m。

艙內自動水消防：根據《電力儲能系統建設運行規范》（DB11∕T1893-2021）5.7.4.5：火災危險性為甲、乙類的集裝箱式儲能系統，其電池布置區域應設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間不超過10min。

四、滅火系統對比分析

現階段儲能站滅火系統分為七氟丙烷、全氟己酮、細水霧、全淹沒式水消防以及水噴淋系統。本站設計階段對以上幾種滅火系統也進行了詳細對比分析，詳見下表：

關于細水霧噴頭布置到電池模組內產生的影響：本電站采用液冷設備，電池模組均為密封狀態，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口（排除水蒸氣），該措施影響能量密度等電氣性能指標[5]；新方案需重新設計冷卻管路和電池架，模具設計實驗周期長；經市場咨詢調查，目前大部分廠家無法滿足上述要求。

因七氟丙烷具有反應快速、滅火性能高且造價經濟，但對熱失控產生的二次復燃有一定隱患，故本電站電池預制艙采用七氟丙烷滅火及水噴淋消防相結合，能有效撲滅初期火災及防止火災復燃。

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，本站將每個艙外支管總閥門設電動閥帶手動開關，自動水消防系統可就地操作，也可經站級火災報警系統實現遠方手動及自動控制，大大提高了人員安全性。同時，亦能減少其他艙體誤動作造成的損失。

本消防系統應遵循“預防為主、防消結合”的原則。電池本身質量控制：電池模組應充分考慮電芯散熱、防火隔離。布局盡量減少電芯及電池簇的并聯數量，提高散熱效果及減少火災蔓延[6]。

本站設置室內自動水消防系統，火災報警主機可采用以下3種方式。手動允許、自動允許：手動可操作，在滿足聯動邏輯條件時自動聯動輸出；手動允許、自動禁止：手動可操作，自動不聯動，但可設置聯動對應的手動按鍵閃爍提示燈；手動禁止、自動允許：手動不可操作，在滿足聯動邏輯條件時自動聯動輸出。說明：手動操作時，控制器需要處于手動允許狀態、輸入正確密碼時才能啟動[7]。

結語

電化學儲能電站是解決新能源消納、增強電網穩定性的關鍵環節，但是不能忽視的一點就是儲能電站與其他電站相比有更高的火災危險。國內儲能電站以預制艙式磷酸鐵鋰電池形式居多，新港儲能電站就是其一。在本工程設計過程中，在滿足國內最新標準規范的前提下，和電池廠家、消防廠家和火災報警廠家多次溝通協調消防方案，結合近幾年儲能電站火災事故原因，盡可能完善電池預制艙消防措施，減少因消防設計缺陷造成的經濟損失和人員傷亡。隨著儲能電站持續發展和經驗積累，相信不管是儲能電池的安全性能還是儲能電站的消防安全標準都會不斷優化提高，為助力國家發展新型能源系統、實現雙碳目標提供有力支撐[8]。

參考文獻

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[3]趙洪強.磷酸鐵鋰電池儲能預制艙消防給水設施及設計參數[J].中國給水排水，2022，38（18）：9.

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[8]李小東.淺談某電池裝配車間消防設計[J].消防界（電子版），2018，4（23）：65-66.