關于用戶側儲能電站消防問題的思考

摘要：不同于電網側獨立儲能電站，用戶側儲能電站附屬在企業、工廠和社區內部，通常地處人員密集區域，因此消防安全的重要性不言而喻。鑒于用戶側儲能電站在裝機規模、電池種類和用戶企業環境等方面差異顯著，對電站消防安全設計提出了不同要求。本文從消防給水系統、自動消防系統和防火間距等方面對集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站、小型柜式磷酸鐵鋰儲能電站和鉛碳儲能電站存在的消防問題進行探討，并提供相應的參考建議。

關鍵詞：用戶側儲能；消防；磷酸鐵鋰

引言

近年來，隨著光伏和風電等新能源的蓬勃發展，我國電力能源結構也在不斷發生變化。截至2023年底，我國可再生能源總裝機已達1516億千瓦，占我國發電裝機規模的519%。然而，新能源發電的不穩定性給電力供應造成較大的壓力，儲能在新型電力系統建設中就顯得尤為重要。儲能種類形式多樣，按應用場景可劃分為電網側、電源側和用戶側儲能。隨著國家電價政策的調整，全國多數省份都實施了峰谷電價政策，特別是浙江和廣東的峰谷價差達到1元/kW·h左右，為用戶側儲能高速發展提供經濟收益保障。據統計，2023年國內用戶側儲能裝機容量約233GW/477GW·h，為我國電網穩定運行和電力供應作出重要貢獻。隨著用戶側儲能的大力發展，電站消防安全問題也日益受到關注。2018年7月，韓國某風電廠儲能設備發生火災，火災蔓延迅速，導致700m2的建筑和3000塊以上電池全部燒毀[1]。2021年4月，某儲能電站發生火災事故，造成多人傷亡，引起社會對儲能電站消防安全的擔憂[2]。2017年3月，山西某火電配儲AGC調頻電站發生火災，燒毀一個儲能單元包括26個電池管理系統、416個電池包等，導致項目停運一個月[3]。磷酸鐵鋰電池因在有限的空間內存儲大量的能量物質，具有潛在的危險性。“熱失控”是導致其發生火災爆炸危險的主要誘因。熱失控機理通常包括三個階段：第一階段為熱失控的初期，溫度升高至90℃—100℃，負極表面SEI鈍化層分解釋放出大量熱量，導致電池內部溫度升高，同時促進電解液與正極發生反應。當溫度進一步升高至135℃—166℃時，造成電極隔膜融化，正負極形成短路，促進電池進一步放熱。第二階段為電池鼓包階段，當溫度約為250℃—350℃時，鋰與電解液中的有機溶劑發生反應，產生碳氫化合物等可燃氣體。第三階段為電池熱失控、爆炸失效階段。在充電狀態下，正極材料與電解液繼續發生劇烈的氧化分解反應，產生高溫并導致燃燒爆炸[4-5]。鉛酸類電池具有成本低、低溫可靠性高等優點，其缺點主要包括放電深度低、充放電循環次數少、體積笨重和能量密度低。通常鉛酸類電池可能因過度充電引起電解液分解，產生大量H2和O2。當蓄電池內或空氣中H2的累積量達到爆炸極限時，遇到點火源即可爆炸。另外，若鉛酸蓄電池的排氣孔發生堵塞時，電池內部氣體無法及時排出，從而導致蓄電池變形，進而造成蓄電池外殼薄弱處爆裂，引發火災等安全事故。鉛碳儲能電池通過技術革新，采用免維護閥控式電池，過充情況下產生的氫氣相對較少，仍需警惕其的安全隱患。與電網側和電源側儲能相比，用戶側儲能的周圍環境更為復雜。電網側儲能和電源側儲能一般位于偏僻地區的獨立電站內，一旦電站發生火災，造成的危害和影響相對較小。用戶側儲能電站通常建于工廠、寫字樓、商場等室外空地，如果儲能設備起火，引發周圍的建筑物產生次生火災，將給社會造成更大影響和危害。

一、用戶側磷酸鐵鋰儲能電站的消防設計

（一）用戶側集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站的消防設計

用戶側集裝箱式磷酸鐵鋰儲能電站裝機規模一般較大，單個集裝箱的電池容量約3MW·h-5MW·h，因此火災的危險性也相對較高。其消防設計通常按《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）和《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》（T/CEC 373-2020）規定執行。

1.消防給水系統

根據《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》（T/CEC 373-2020）規定，預制艙式儲能電站應設置消防給水系統[6]。通常用戶側儲能電站不需要單獨設置消防給水系統，可利用工廠企業原有消防給水系統，需要核實電站周圍的室外消火栓保護距離、消防水量和水壓等是否滿足規范標準要求。

2.防火間距

根據《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）規定，磷酸鐵鋰儲能電站與丙、丁、戊類建筑需要保持10m以上防火間距[7]。不同于其他儲能形式，用戶側儲能電站一般位于經濟發達省份，土地資源緊張，需建于企業廠區內，導致電站很難達到防火間距的要求。為解決防火間距問題，設置防火隔墻是比較常見的做法。然而，防火墻的設置高度也存在一定爭議。如果參考兩個集裝箱之間設置的防火墻（比集裝箱高出約1m）[8]，仍需評估其對周圍建筑物存在的火災風險。

3.自動滅火系統

根據《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范》（T/CEC 373-2020）規定，預制艙內應設置細水霧、氣體等固定滅火系統。目前，常采用七氟丙烷或全氟己酮氣體滅火裝置，設置兩級消防，一級消防為PACK級消防，二級消防為電池艙內的全淹沒式消防。另外，電池倉還預留消防水接口，作為最后一道滅火防線。

（二）用戶側小型柜式磷酸鐵鋰儲能電站的消防設計

小型柜式儲能電站通常為裝機規模小于500kW（單套100kW /215KW·h）的一體化儲能柜。該種儲能形式的優點是安裝方便、采用380V電壓等級接入、審批流程簡單且易于轉移，深受儲能電站投資者歡迎。然而，作為一種新型用戶側儲能形式，國家消防標準規范對這種小型儲能的約束相對較少，存在一定空白。例如，《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）的適用范圍主要是針對功率為500kW且容量為500kW·h及以上的電化學儲能電站設計[9]。對于小型柜式儲能電站消防設計，目前可參照浙江省2023年12月頒布的《浙江省用戶側儲能設計導則》。

1.消防給水系統

根據《浙江省用戶側儲能設計導則》，用戶側儲能電站周圍應配置室外消火栓，并滿足GB 50974的規定。對于投資較小的用戶側小型柜式儲能電站，建議盡量利用企業廠區原有的消防給水系統，需要核實室外消火栓的保護距離、水量和水壓等是否達標。

2.防火間距

由于小型柜式儲能不屬于《電化學儲能電站設計規范》（GB51048-2014）適用范圍內，而《浙江省用戶側儲能設計導則》中雖對用戶側儲能平面布置應滿足工藝布置科學合理、功能分區明確、交通便利、易于施工檢修、便于消防救援等提出要求，但未明確規定防火間距。正是由于目前沒有針對小型儲能柜的防火間距的明確規定，導致有些小型儲能電站與建筑物防火間距不足，儲能電站一旦發生火災，可能危害到周圍建構筑物。因此，建議小型柜式儲能電站的布置要充分考慮對周圍建筑物的次生火災，特別要注意與存儲和生產可燃、易燃物建筑的防火間距，并避開建筑物的門、窗戶等，必要時還需設置防火墻。

3.自動滅火系統

根據《浙江省用戶側儲能設計導則》規定，用戶側儲能應采用自動滅火系統。鋰離子電池室/艙自動滅火系統的最小保護單元應為電池模塊，每個電池模塊可單獨配置滅火介質噴頭或探火管，自動滅火系統應能夠撲滅模塊級電池明火且24h不復燃。目前，一般采用全氟己酮等氣體滅火裝置，設置兩級消防，一級消防為PACK級消防，二級消防為電池艙內的全淹沒式消防。

二、用戶側鉛碳儲能電站的消防設計

鉛碳電池因其安全性高，成本價格相對低廉，電芯回收殘值較高等優勢，近些年發展迅速。鉛碳電池的儲能時長較長，一般為6h—10h，通常采用集裝箱式，當土地面積受限時也會采用堆疊的站房式。目前，用戶側鉛碳儲能電站沒有專門針對鉛碳儲能電站的消防標準規范，一般按《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）和《電化學儲能電站安全規程》（GB/T 42288-2022）規定執行。

（一）消防給水系統

根據《電化學儲能電站安全規程》（GB/T 42288-2022）規定，電化學電站應設置消防給水系統。通常用戶側鉛碳儲能電站可以利用企業廠區原有的消防給水系統，需要核實室外消火栓的保護距離、水量和水壓等是否滿足要求。

（二）防火間距

根據《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）規定，電化學儲能電站與丙、丁、戊類建筑需要10m以上防火間距。雖然鉛碳電池的安全性比磷酸鐵鋰電站高，發生電池自燃概率相對比較小，但目前沒有針對鉛碳儲能電站的防火間距的專門規定，因此還是需要嚴格按照GB 51048的標準執行。

（三）自動滅火系統

《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）對自動滅火系統沒有要求，《電化學儲能電站安全規程》（GB/T42288-2020）要求電池室/艙應設置自動滅火系統。雖然GB/T 42288為推薦性標準，但考慮到用戶側儲能電站安全的重要性，建議按GB/T 42288標準執行，即在電池預制艙內設置自動滅火系統。

結語

相較于電網側和電源側儲能，用戶側儲能在裝機規模和應用環境等方面都具有獨特性，為避免引起周圍建筑物火災的風險，提出以下建議。第一，用戶側集裝箱式磷酸鐵鋰儲能一般為中大型儲能電站，火災危險性也相對較高，建議嚴格按消防標準要求執行；第二，用戶側小型柜式磷酸鐵鋰儲能一般為小型儲能電站，裝機規模小，特別是在目前規范不清晰明確的情況下容易被忽視，建議注重其與周圍建筑物的防火間距要求；第三，用戶側鉛碳儲能電站的安全性雖然相對較高，但考慮到目前沒有專門的鉛碳儲能電站消防規范，建議仍按《電化學儲能電站設計規范》（GB 51048-2014）和《電化學儲能電站安全規程》（GB/T 42288-2022）的相關規定執行。

參考文獻

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[3]朱秀錦，王秀利，陳卓新，等.鋰電池化學儲能電站消防安全淺析[J].廣東化工，2023（16）：58-61.

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[6]中國電力企業聯合會.預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規范（T/CEC 373-2020）[S].

[7]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.電化學儲能電站設計規范（GB 51048-2014）[S].中國計劃出版社，2014.

[8]張利，牛沖宣.大型電化學儲能電站設計原則及案例布置解析[J].青海電力，2023，42（01）：13-16.

[9]陳璨，鄧鶴鳴，曹陽，等.用戶側儲能安全標準現狀分析[J].供用電，2021，38（08）：12-18.

作者簡介：李美明（1984— ），男，漢族，江西瑞昌人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：給排水及消防專業工藝設計、前期規劃和項目方案編制。