城市儲能電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)與防控措施

摘要：隨著新型儲能技術(shù)在城市能源結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，儲能電站高密度電芯、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)與空間封閉等特性相互疊加，給儲能電站帶來了新的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)隱患。圍繞當(dāng)前儲能設(shè)施火災(zāi)事故的主要誘因，分析了電池?zé)崾Э亍⒖扇細(xì)怏w滯留、電氣短路及火勢跨艙蔓延等典型風(fēng)險(xiǎn)，提出了熱源巡控、通風(fēng)監(jiān)管、器材布控與分區(qū)隔斷等多維度防控措施，旨在從風(fēng)險(xiǎn)特征出發(fā)，探索與運(yùn)行條件相匹配的防控策略，提升城市儲能電站在火災(zāi)預(yù)警、快速響應(yīng)與火勢阻隔等環(huán)節(jié)的安全防護(hù)能力。

關(guān)鍵詞：城市儲能電站；火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；防控措施；電池?zé)崾Э?/p>

中圖分類號：D035.36" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）10-0139-03

0 引言

儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、用電的各環(huán)節(jié)發(fā)揮著調(diào)峰調(diào)頻、靈活輸出、無功支撐等重要作用，是推動我國能源供給革命、實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。城市儲能電站作為能源調(diào)節(jié)的核心設(shè)施，在多地加速布局，高容量、高密度、高頻次運(yùn)行成為常態(tài)。由于設(shè)備多嵌于封閉空間，存在環(huán)境受限、熱控困難、用電負(fù)荷集中等問題，導(dǎo)致火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。當(dāng)前，儲能場站普遍具備多點(diǎn)分布、動態(tài)負(fù)荷、無人值守等特征，對消防預(yù)警、隔熱防護(hù)、氣體排放提出更高要求。基于此，本文結(jié)合城市儲能場景，分析易發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并提出針對性防控措施，旨在推動消防工作與儲能場站運(yùn)行特征精準(zhǔn)匹配。

1 城市儲能電站主要火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

1.1" 電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)

高密度電芯是城市儲能電站的核心部分，在連續(xù)充放電運(yùn)行過程中，容易出現(xiàn)局部溫升異常現(xiàn)象。由于電池簇排列緊湊、艙體空間封閉且散熱條件不佳，熱量容易在局部區(qū)域積聚，難以有效散發(fā)，從而形成熱失控隱患。電池在充電、放電以及高溫等條件下，容易發(fā)生熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致燃燒甚至爆炸[2]。部分電芯因制造誤差、老化不均或內(nèi)部微短路等情況，會引發(fā)發(fā)熱異常。在缺乏高精度溫控探測與及時(shí)干預(yù)的情況下，熱源將沿模組間縫隙擴(kuò)散至周邊電池，誘發(fā)鏈?zhǔn)綗醾鲗?dǎo)反應(yīng)。一旦艙體內(nèi)部形成持續(xù)升溫區(qū)域，極易突破熱臨界點(diǎn)，進(jìn)而引發(fā)不可控燃燒。此外，部分電芯包覆材料具備可燃性，火焰溫度高、蔓延速度快，火災(zāi)危險(xiǎn)性會隨著運(yùn)行時(shí)長與負(fù)荷強(qiáng)度持續(xù)疊加而明顯上升。對此，需聚焦熱源集中區(qū)域開展精準(zhǔn)溫控探測與高頻巡檢，及時(shí)識別異常溫升跡象，防止局部熱失控向電芯簇間鏈?zhǔn)綌U(kuò)展。

1.2" 可燃?xì)怏w滯留風(fēng)險(xiǎn)

在高溫、高壓運(yùn)行條件下，城市儲能電站的電芯內(nèi)部易發(fā)生熱分解反應(yīng)。電解液、六氟磷酸鋰會發(fā)生分解反應(yīng)，鋰金屬、溶劑等會發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生含一氧化碳、二氧化碳、氫氣、氟化氫以及多種烷/烯烴類易燃易爆的混合氣體[3]。由于儲能電池艙體封閉、結(jié)構(gòu)緊湊，氣體難以及時(shí)擴(kuò)散，極易在縫隙、角落等區(qū)域形成局部高濃度滯留區(qū)。若氣體濃度持續(xù)積聚并超過爆炸下限，且存在靜電感應(yīng)、電氣打火或短路放電等點(diǎn)火條件，極易發(fā)生爆燃反應(yīng)，形成瞬時(shí)高溫高壓的火災(zāi)場景。氣體組成復(fù)雜、燃點(diǎn)低、引燃路徑不固定，極易造成多點(diǎn)著火、火勢蔓延迅速，進(jìn)一步提升艙體內(nèi)部的整體火災(zāi)危險(xiǎn)等級。為降低局部氣體積聚濃度、延遲爆燃形成條件，消防人員需聚焦氣體釋放通道與滯留盲區(qū)，完善濃度探測與通風(fēng)調(diào)節(jié)手段，壓縮氣體超限演化時(shí)間窗。

1.3" 電氣短路故障風(fēng)險(xiǎn)

變流器（PCS）是儲能電站實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量熱量[4]。如果艙體散熱不暢或通風(fēng)受限，極易引發(fā)高溫積聚，導(dǎo)致載流部件絕緣層碳化脫落。接線端子、電纜接頭等連接部位若存在接觸不良、螺栓松動或壓接不到位的情況，在持續(xù)電流作用下，可能誘發(fā)電弧放電，進(jìn)而引發(fā)短路故障。高壓配電區(qū)若受潮或進(jìn)入灰塵，也會增加放電風(fēng)險(xiǎn)，特別是在逆變艙與通信單元的交匯處，線束集中纏繞，一旦電纜護(hù)套被擊穿，火點(diǎn)會沿著纜槽迅速蔓延，引發(fā)跨艙放電，甚至復(fù)合型燃燒。如果蓄電單元與電氣艙之間無獨(dú)立防火隔斷，火源極易波及電芯模塊區(qū)域，形成多源疊加的高溫高煙環(huán)境，大大增加了消防干預(yù)難度與撲救響應(yīng)壓力。針對此類以弱電區(qū)域?yàn)楹诵牡膹?fù)合型起火風(fēng)險(xiǎn)，消防人員需結(jié)合布設(shè)密度、操作頻次與接點(diǎn)分布，合理配置潔凈型滅火裝置，以提高初期響應(yīng)效率與局部抑制能力。

1.4" 空間封閉蔓延風(fēng)險(xiǎn)

在高壓高溫條件下，密閉式電池艙與集中布設(shè)的電力轉(zhuǎn)換艙段極易形成熱煙堆積區(qū)。由于空間呈閉合形態(tài)，火場內(nèi)的對流路徑受限，煙氣流動性降低，熱輻射滯留時(shí)間延長，導(dǎo)致局部氣溫急劇上升。豎向纜線井、橫向母排橋架與嵌入式電纜通道之間缺乏有效的防火阻斷設(shè)施，助燃物會沿著縫隙和狹小腔體傳播，使火勢從點(diǎn)狀快速向面狀擴(kuò)展[5]。高密度電池模組之間通風(fēng)距離不足，艙內(nèi)氣體滯留，導(dǎo)致熱反饋反應(yīng)不斷增強(qiáng)，火勢蔓延速度大幅提升。封閉空間內(nèi)溫度梯度不均、電纜熱熔滴落與壓力驟升效應(yīng)相互疊加，極易誘發(fā)爆燃、閃燃等次生災(zāi)害，顯著增加了城市儲能電站火災(zāi)防控措施的落實(shí)難度與撲救操作風(fēng)險(xiǎn)。為遏制火勢跨艙蔓延和復(fù)合災(zāi)害疊加的趨勢，消防力量需依托艙段結(jié)構(gòu)設(shè)置封閉邊界阻斷區(qū)，構(gòu)建具有耐火、密封與熔斷聯(lián)動功能的多路徑隔斷體系。

2 城市儲能電站火災(zāi)的防控措施

2.1" 熱源部位重點(diǎn)巡控

為降低高密度電芯在連續(xù)充放電過程中因局部溫升異常而引發(fā)的熱失控、鏈?zhǔn)铰拥蕊L(fēng)險(xiǎn)，消防人員應(yīng)將日常巡檢工作的重點(diǎn)前移至高熱敏區(qū)域。針對模組接縫、電芯集中片區(qū)以及艙體角落等典型的易積熱部位，設(shè)定溫度重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)位，建立熱源分布檔案，并動態(tài)更新高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域列表。

針對儲能艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)排布密集、遮擋復(fù)雜的情況，巡檢時(shí)應(yīng)配置便攜式紅外測溫設(shè)備或熱成像儀，以輔助識別隱藏?zé)嵩础Ｌ貏e是在冷卻效果減弱或循環(huán)水流量波動時(shí)，更應(yīng)加密對低位電芯、連接母排以及熱源夾層等部位的消防巡查頻率[6]。必要時(shí)，可通過間歇性開艙方式排查熱能積聚點(diǎn)，并在儲能艙外增設(shè)臨時(shí)熱感探頭進(jìn)行輔助驗(yàn)證。儲能站高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，消防人員應(yīng)與設(shè)備運(yùn)維單位共享熱分布變化趨勢，定期復(fù)核熱感探頭數(shù)據(jù)，標(biāo)注重點(diǎn)警戒區(qū)，防止熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散至周邊電芯區(qū)域。

對于運(yùn)行年限較長或檢修頻次不足的電芯組，建議納入高風(fēng)險(xiǎn)巡控清單，實(shí)施動態(tài)監(jiān)測，并同步建立巡檢日志。在日常消防工作中，還應(yīng)結(jié)合風(fēng)口分布與電池簇排列特點(diǎn)，查驗(yàn)冷卻盲區(qū)、通風(fēng)死角是否存在熱滯積現(xiàn)象，并適時(shí)調(diào)整檢測節(jié)奏。對于具備熱源報(bào)警聯(lián)動條件的儲能站，應(yīng)在控制界面接入消防溫控聯(lián)動模塊，一旦某一區(qū)段溫度出現(xiàn)異常快速上升的情況，即可聯(lián)動啟動圖像監(jiān)測與現(xiàn)場核查，從而形成閉環(huán)響應(yīng)機(jī)制，提升初期介入效率，提高火源識別精度。

2.2" 氣體聚集區(qū)域通風(fēng)監(jiān)管

針對電芯熱分解反應(yīng)釋放可燃?xì)怏w、艙體結(jié)構(gòu)封閉導(dǎo)致氣體滯留引發(fā)爆燃等風(fēng)險(xiǎn)，消防人員應(yīng)對可燃?xì)怏w聚集區(qū)域?qū)嵤┒c(diǎn)通風(fēng)監(jiān)管，重點(diǎn)圍繞電芯泄漏通道、艙體底部凹陷區(qū)與換氣死角等部位，合理布設(shè)氣體濃度探測器與風(fēng)速感應(yīng)裝置[7]。為提高檢測靈敏度，應(yīng)采用多點(diǎn)多類型探頭交叉布設(shè)方式，構(gòu)建立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)管機(jī)制應(yīng)覆蓋儲能艙高低位區(qū)域的濃度探測點(diǎn)，通過高位濃度探測與低位濃度探測相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上下分層氣體分布識別，將探測結(jié)果上傳至聯(lián)控平臺作為聯(lián)動響應(yīng)的觸發(fā)依據(jù)。

對具備正壓送風(fēng)條件的場站，消防人員應(yīng)在防爆風(fēng)機(jī)啟動區(qū)設(shè)定壓差閾值，以維持氣體外溢流向穩(wěn)定。定期檢查風(fēng)機(jī)風(fēng)量輸出曲線，防止因堵塞或老化造成送排風(fēng)失衡。排風(fēng)通道一旦出現(xiàn)風(fēng)阻波動，消防人員應(yīng)結(jié)合氣體報(bào)警記錄，判斷是否存在氣體聚集濃度回流的情況，必要時(shí)，調(diào)取歷史曲線，分析聚集時(shí)間段與位置變化趨勢。對于電池簇間距小、設(shè)備熱源密度高的儲能電站，應(yīng)依據(jù)日常運(yùn)行負(fù)荷情況，動態(tài)調(diào)整通風(fēng)頻次。消防巡查需同步檢驗(yàn)風(fēng)機(jī)啟停響應(yīng)是否靈敏、風(fēng)道是否存在積塵閉塞情況，以及排氣口回火隔斷裝置是否完整。

對于運(yùn)行年限較長、密封件老化或存在凝露腐蝕的儲能艙段，應(yīng)將其列為通風(fēng)監(jiān)管重點(diǎn)區(qū)域。在消防檢查中應(yīng)啟用便攜式復(fù)合氣體探測儀，交替核驗(yàn)固定探測器數(shù)值的準(zhǔn)確性，并對多次報(bào)警區(qū)段進(jìn)行溯源排查。具備智能聯(lián)控平臺條件的站點(diǎn)，宜由消防人員接入氣體超限報(bào)警聯(lián)動控制通道，實(shí)現(xiàn)異常上報(bào)、通風(fēng)聯(lián)動、噴淋預(yù)警三段式響應(yīng)，構(gòu)建“發(fā)現(xiàn)-響應(yīng)-處置”的閉環(huán)機(jī)制，提升氣體災(zāi)害早期識別與聯(lián)動處置效率。

2.3" 弱電區(qū)域滅火器材布控

弱電區(qū)域是城市儲能電站內(nèi)部高頻用電單元，常設(shè)置于通信艙、電控間或配電區(qū)，該區(qū)域線纜敷設(shè)密度高、終端接點(diǎn)集中，易因短路、接觸不良或外力損傷引發(fā)初起火情，具有火源隱蔽性強(qiáng)、蔓延速度快、電氣擾動影響大的特點(diǎn)[8]。因此，在進(jìn)行消防布控時(shí)，應(yīng)將艙室功能類型、電氣負(fù)荷等級及設(shè)備排列方式作為滅火器材選型與投放的基準(zhǔn)，優(yōu)先選用不導(dǎo)電、無殘留腐蝕物的潔凈氣體類滅火裝置，如七氟丙烷或二氧化碳系統(tǒng)，以滿足電子設(shè)備耐火保護(hù)與絕緣安全的要求。

滅火裝置的布置位置宜靠近操作面與通行通道的交匯處，便于在突發(fā)狀態(tài)下人員快速取用，縮短響應(yīng)距離。針對通信艙與逆變單元共艙設(shè)置的情況，建議增設(shè)定向噴射型滅火裝置或管網(wǎng)布控系統(tǒng)，對高溫節(jié)點(diǎn)、接線端子或接口集中區(qū)實(shí)施定點(diǎn)覆蓋，提高滅火效率。對于具備高壓直流系統(tǒng)的區(qū)域，可考慮設(shè)立雙通道手提式滅火器配置，一類供值守人員使用，另一類預(yù)留自動釋放裝置，以保障無人值守狀態(tài)下依然具備初期響應(yīng)能力。

消防人員在日常巡檢中，應(yīng)對滅火器的外觀狀態(tài)、壓力指示、噴嘴通暢性及掛裝穩(wěn)固性進(jìn)行細(xì)致核查，結(jié)合設(shè)備熱敏度及電磁干擾特性開展周期性適應(yīng)性測試。對于處于高濕、高溫、震動等特殊環(huán)境條件下的器材，需列入專項(xiàng)維護(hù)清單，檢查標(biāo)簽完整性與藥劑有效期，發(fā)現(xiàn)磨損、噴嘴堵塞或支架松動等情況，應(yīng)及時(shí)更換或修復(fù)，防止關(guān)鍵時(shí)刻失效。

2.4" 艙段邊界防火分區(qū)隔斷

針對高溫?zé)煔馀c火焰沿橋架通道跨艙蔓延，可能引發(fā)多艙聯(lián)燃及封閉空間次生災(zāi)害等風(fēng)險(xiǎn)，消防人員應(yīng)在各功能艙段邊界實(shí)施防火分區(qū)隔斷，設(shè)置明確且連續(xù)的物理阻斷措施。

艙體交界部位應(yīng)鋪設(shè)復(fù)合型耐火隔板，主材選用不燃級防火板或陶瓷纖維板，表面覆設(shè)膨脹型防火涂層或遇熱膨脹封堵劑，確保在高溫狀態(tài)下具備穩(wěn)定熱阻性能。電纜、控制線、風(fēng)管等穿艙接口應(yīng)配置標(biāo)準(zhǔn)化阻火模塊，采用柔性無機(jī)封堵材料壓實(shí)填充縫隙，對所有管線貫通孔洞實(shí)施全覆蓋封閉。檢修門與艙門應(yīng)安裝鋼制防火門，搭配溫感自動閉合裝置及耐高溫硅膠密封條，平時(shí)應(yīng)保持常閉狀態(tài)，不得違規(guī)固定開啟。

在通風(fēng)系統(tǒng)方面，各艙段風(fēng)道必須安裝防火閥與熔斷封板，當(dāng)火情導(dǎo)致溫度升高至設(shè)定閾值時(shí)自動閉合，避免氣流倒灌引發(fā)次級災(zāi)害。多艙并列布置區(qū)域還應(yīng)在艙段連接處增設(shè)柔性防火連接帶與防火圈，按艙體編號粘貼巡檢標(biāo)識，便于在巡查過程中快速定位重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)。消防巡查中應(yīng)重點(diǎn)核查各隔斷節(jié)點(diǎn)是否存在封堵層脫落、材料老化變形、通孔遺漏或違規(guī)開孔等問題，對防火構(gòu)件編號建檔留存，形成可追溯的動態(tài)管理臺賬。

3 結(jié)束語

綜上所述，圍繞儲能電站易發(fā)的熱失控、氣體滯留、電氣短路與封閉空間蔓延等典型火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合艙體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特性，構(gòu)建了覆蓋熱源監(jiān)測、通風(fēng)監(jiān)管、滅火布控及分區(qū)隔斷的多層級防控體系。相關(guān)措施已在巡查策略優(yōu)化、響應(yīng)機(jī)制閉環(huán)與裝備配置精準(zhǔn)化等方面體現(xiàn)出實(shí)際成效。后續(xù)工作可聚焦運(yùn)行數(shù)據(jù)與消防預(yù)案的深度融合，提升預(yù)警能力與快速響應(yīng)水平，推動城市高密度儲能場站的火災(zāi)防控能力持續(xù)提升，為構(gòu)建韌性更強(qiáng)的消防安全格局提供有力支撐。

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