中國儲能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構、國內(nèi)外駐華機構、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日上午，國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學研究院技術專責黃興華受邀在儲能安全與消防系統(tǒng)專場分享了主題報告，報告題目為《電化學儲能系統(tǒng)熱失控精準防護技術研究 》。以下是報告主要內(nèi)容：
黃興華：各位領導、各位專家，大家上午好！
我是來自國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學院的黃興華，今天我匯報的題目叫做“電化學儲能熱失控精準防護技術研究”。這一方面的研究，我們結合課題組2019年以來所牽頭的兩個科技項目來開展，我今天匯報的主要內(nèi)容，首先是簡單介紹一下現(xiàn)有防護方案的不足，以此為基礎介紹一下課題組所提出的精準防護方案。緊接著介紹一下在這個方案當中我們所采用的消防策略，最后再介紹一下相關的示范工程。
首先說一下現(xiàn)有的防護方案不足，當前存在的問題是鋰離子電池目前沒有危險化學品歸類，也沒有明確的火災危險性分類。在去年年底的新國標42288發(fā)布之前，已有的防火設計規(guī)范沒有給出相關防火滅火的技術要求。所以目前儲能電站的設計還有施工建設當中仍然采用傳統(tǒng)的純淹沒式的滅火方式，沒有針對電池模組進行燃燒撲滅效果的驗證，也沒有有效的針對抑制復燃的措施。比如大家看到這個圖上的儲能電站，當一個電箱發(fā)生火災的時候，由預制艙或者站房頂部的消防管路統(tǒng)一進行噴淋，進行淹沒式消防。
這樣存在的問題是不能重點針對著火的區(qū)域，滅火的效率比較低，事故的影響會比較大，事故造成的損失也會比較大，對環(huán)境的影響也比較大。針對現(xiàn)有的不足，接下來介紹一下課題組所提出的精準防護方案。
首先說一下總體的架構，總體架構分成兩個層級，一個是電池箱的層級，一個是預制艙的層級，這里以預制艙為例，站房式的儲能電站可以類推。左邊這張圖就是電池箱層級的消防方式，火探管伸入到電池箱的內(nèi)部，布置在防爆閥的上方，對電池單元進行精確定點的滅火。右邊是預制艙層級的消防方式，這個是傳統(tǒng)的全淹沒式的消防方案，作為第一個層級的后備。兩個層級相互配合、相互聯(lián)動，實現(xiàn)電池模組的精確滅火還有多層級的聯(lián)動與后備。
首先說一下第一個層級電池箱，對于電池箱而言，內(nèi)部的消防管路采用火探管的方案，火探管直接布置到每一個電池的防爆閥的上方，管路是采用低熔點的材料制成的，150度的熔點。當電芯發(fā)生熱失控的時候，防爆閥開啟，內(nèi)部的消防管路會被熔化，內(nèi)部的壓力傳感器也接受到信號，啟動電池箱層級滅火，進行精確的滅火。在撲滅明火之后，會持續(xù)噴射復燃抑制劑，對電池進行抑制復燃，消防劑跟復燃抑制劑共用管路。
再說一下預制艙層級，預制艙層級作為后備的手段，當電池箱層級的消防不能將明火撲滅，或者出現(xiàn)復燃的時候，火災會蔓延到預制艙，這個時候預制艙頂部會噴出消防劑進行滅火。
說一下兩個消防層級之間的聯(lián)動，首先當電芯發(fā)生熱失控的時候，電芯產(chǎn)生的高溫氣體首先會熔化電池箱層級的火探管，管道的壓力急劇下降，觸發(fā)電池箱管路的消防。如果熱失控進一步發(fā)展，產(chǎn)生的高溫煙會從泄爆閥噴出，到達預制艙的內(nèi)部，并被預制艙內(nèi)部的傳感器探測到，并且這個層級的消防會接收到前一個層級啟動信號，從而觸發(fā)預制艙層級七氟丙烷的消防，對整個預制艙進行消防。
在第二部分我們講了整個消防的架構，分成兩個部分，以及這兩個部分之間的聯(lián)動。下面第三部分精準防護策略，這部分主要是講一下在電池箱消防層級，我們所采用的消防策略。主要講一下我們采用什么樣的滅火劑，并且怎么樣使用滅火劑。
在這一節(jié)討論的滅火劑指的是電池箱的滅火，預制艙層級的滅火是傳統(tǒng)全淹沒式方案，這里不進行討論?，F(xiàn)有文獻當中也有很多針對鋰離子火災燃燒的相關試驗，通過這些研究可以發(fā)現(xiàn)在滅火之后雖然鋰離子電池的明火被撲滅，但是內(nèi)部的化學反應還十分活躍，當溫度上升到臨界溫度以上，還是會引發(fā)復燃，并且引發(fā)鄰近電池發(fā)生連鎖反應。
為了抑制復燃，就需要對電池進行持續(xù)的降溫，所以防護策略的關鍵所在，一個就是要撲滅明火，一個是持續(xù)進行降溫。根據(jù)前面所說的要撲滅明火，并且持續(xù)降溫，這兩個缺一不可的兩個目標，根據(jù)這樣一個目標，項目組尋找滅火劑。我們比對常見一些滅火劑的特點，初步考慮采用全氟己酮的方案，全氟己酮在滅火的過程當中會汽化，起到降溫的作用，也會起到窒息的作用。并且通過中斷燃燒的鏈式反應進行撲滅火災。
對于全氟己酮的滅火效果，項目組進行了滅火的實驗，梳理了在實驗過程當中關鍵時間節(jié)點的實驗現(xiàn)象。首先這種滅火劑在一開始可以撲滅電池的明火，但是在1035秒的時候，電池就發(fā)生了復燃，可以得到這樣一個結論，這樣一種滅火劑可以撲滅明火，但是大部分的全氟己酮汽化的過程當中，由于汽化，沒有辦法對電池進行持續(xù)的降溫，所以電池仍然是存在復燃的風險。
由于全氟己酮存在這樣一個缺陷，能夠撲滅明火，但是它快速的汽化，沒有辦法做到持續(xù)降溫，項目組繼續(xù)尋找相關的滅火劑，我們還是從常用的滅火劑入手，比如說二氧化碳、氮氣等、細水霧等滅火劑，他們降溫的效果不錯，但是也都存在一些缺陷。比如二氧化碳跟氮氣由于在噴出的過程當中，由于急速冷凍的作用，會把消防管路給堵住。細水霧的降溫效果比較好，但是它的耗水量比較大，撲救的時間比較長，并且比較難以做到去離子，存在導電的缺陷。由于存在這些缺陷，項目組繼續(xù)尋找，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，可以用于鋰離子電池火災撲滅的液體滅火劑，有RH01這樣一種滅火劑。RH01是項目組自研的高分子聚合物，有低表面張力、抗氧化、抗腐蝕、不燃、無毒、高溫穩(wěn)定的優(yōu)良性能，并且可以對電池進行持續(xù)的降溫。
這里最看重的特點是高溫穩(wěn)定，并且可以對電池進行降溫。但是它也是有缺陷，具有粘性，它的噴射效果不太好，是近似于以漫灌的方式流入到電池箱當中。對于RH01這種滅火劑，我們項目組也是進行了相關的滅火實驗，也是梳理了實驗當中的一些現(xiàn)象，可以看到它可以撲滅明火，也可以降低電池的溫度，起到抑制復燃的效果。
可以得到這樣一個結論，這樣一種滅火劑可以對電池持續(xù)降溫、抑制復燃，但是它本身具有粘性，進入電箱的速度比較慢，不適合應對突發(fā)明火。有時候鋰電池的火災發(fā)展非常迅速，這個滅火劑進入電箱的速度比較慢，相對來說不太適合應對突發(fā)的明火。
到這里我們項目組通過前面兩組實驗可以初步得出這樣一個結論，首先是全氟己酮可以撲滅電池的明火，但是不能對電池進行降溫，再就是RH01滅火劑可以對電池進行持續(xù)降溫，但是存在粘性，不適合應對突發(fā)明火。到這里項目組考慮綜合利用這兩種滅火劑，讓這兩種滅火劑配合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補的效果。如何優(yōu)勢互補？同樣存在兩種方案，一種是兩種滅火劑同時噴的方案，再來是先噴射全氟己酮來撲滅電池明火，再噴射RH01對電池進行持續(xù)降溫。首先考慮同時噴的話，這種方案其實不可行，因為RH01具有粘性，它的噴射效果會比較差，近似以漫灌的方式來進入到電池箱當中。由于管路共用，如果你是同時噴的話，壓力大的會先噴出，因此也是一前一后的方式噴出。我們考慮第二種共用的方案，先噴射全氟己酮來撲滅電池的明火，再噴射RH01對電池進行降溫，對于這個方案，項目組也是進行了相關的實驗，可以得到這樣一個結論。先噴射氣體滅火劑，就是全氟己酮這樣的滅火劑來撲滅電池的明火，再噴射復燃抑制劑RH01對電池進行持續(xù)降溫，可以起到抑制復燃的作用。
以上是整體消防的架構方案，以及我們在精準防護層級當中所采用的消防策略，下面講一下相關的示范工程。這一項熱失控精準防護技術在福建某海島微電網(wǎng)當中的1MW/2MWh儲能系統(tǒng)中進行示范應用，在2021年投運。這個微電網(wǎng)在建設之初，是為了提高當?shù)氐墓╇娍煽啃裕⑶蚁{當?shù)氐男履茉?，微電網(wǎng)當中配置了這么一套儲能，我們的項目技術就在這套儲能系統(tǒng)當中進行示范應用。
這一套儲能系統(tǒng)的電箱級別的消防技術，以及PPT當中沒有講到的液冷熱管理技術，都是在國內(nèi)儲能系統(tǒng)當中首次采用，這里給出了現(xiàn)場一些圖片，包括左邊火探管的圖片和右邊消防罐的圖片。另外熱失控精準防護技術也在2022年5月份，在福建某景區(qū)的微電網(wǎng)當中一套630kW/709kWh的一套小儲能當中得到了示范應用。這一套小儲能也是采用兩級消防架構，電箱層級之上有預制艙的層級作為一個后備，也是兩級的消防架構。
以上是我今天匯報的全部內(nèi)容，我主要介紹我們課題組在針對已有防護方案的不足基礎上提出的精確消防方案，并且在精確防護的方案當中所采用的滅火策略，最后介紹一下相關的示范工程，謝謝。
