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预装箱式磷酸铁锂电池储能电站的防火设计要点

作者:龚峰 来源:智见能源 发布时间:2021-07-26 浏览:
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构建以新能源为主体的新型电力系统,是实现碳达峰、碳中和重要的举措,储能在新型电力系统中肩负重任。当前,中国新型储能装机规模飙升,磷酸铁锂电池成为电化学储能主要的装机容量,同时,预制舱式以其高度的集成化及便捷的安装方式又成为磷酸铁锂电池储能电站的主要产品形式。

锂离子电池在过充过放、过热、机械碰撞等内外部因素的作用下,容易引起电池隔膜崩溃、内部短路,从而导致热失控的发生,这是锂离子电池发生安全问题的本质原因。此外,锂离子电池目前采用的电解液有机溶剂大多属于易燃或可燃液体,这又增加了其发生火灾的隐患。就目前传统的安全消防措施而言,并不能有效抑制锂离子电池的热失控,从而导致初期火灾迅速蔓延,进而演变为大规模火灾。

2021年4月16日,北京市丰台区南四环永外大红门西马厂甲14号院内储能电站起火,在对电站南区进行处置过程中,电站北区在毫无征兆的情况下突发爆炸,导致2名消防员牺牲,1名消防员受伤,电站内1名员工失联。磷酸铁锂电池储能电站的安全引起各方的高度重视。

目前,对于储能电站的设计主要遵循《电化学储能电站设计规范》(GB 51048-2014 )。同时在勘察设计过程中,对于电站的防火及布置设计,同时参照2018年版《建筑设计防火规范》(GB50016)与《火力发电厂与变电站防火设计规范》(GB50229-2006),在设计过程中,作为预制舱式(集装箱式)的锂离子电池储能电站,规程规范的条文针对性不强,给设计人员造成了较大的困惑。

近期,针对预装箱式磷酸铁锂电池储能电站,中电联主持编制并发布了《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》(TCEC373-2020),仔细对条文进行了研读并结合几个储能电站设计的经验,谈几点作为设计人员需要关注的问题:

一、本规程适用的范围

1、适用于预制舱式的磷酸铁锂电池储能电站;

2、适用于系统容量10MWh及以上规模的储能电站,小型储能电站可参考;

二、本规程的优先级别

1、《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》(TCEC373-2020)属于团标,不属于行业标准,也不是国标,且在本规程中明确提出,电站的设计要参考《电化学储能电站设计规范》(GB 51048-2014 )与《建筑设计防火规范》(GB50016),所以当本规程条文与国标的条文抵触时,原则上应以国标规定为准,但国标的条文中,没有对预制舱型式的电站形式作出明确的规定。所以,设计人员在设计时需要针对工程的特点与具体情况,从严的原则对照标准条款。

2、规程的优先级别是国标高于行业标准,行业标准高于团队标准,团队标准高于企业标准。

三、对电池及其系统的要求

1、本规范对“磷酸铁锂电池”、“电池管理系统”、“电池预制舱”的产品设计提出了明确的要求,电池本体及其附属系统的设计非常专业,且是新生事物,认识与理解需要一个过程,设计人员在编写技术规范书或者签订技术协议时,建议将原规范中的条款直接进行引用;

2、注意火灾报警系统与电池系统火灾报警的信号接口、通信要求及联动策略;

3、注意预制仓门的宽度,开启方向及仓门的联锁要求;

4、预制仓的通风系统应满足防爆的要求;

四、储能电站的站址要求

1、“预制舱式储能电站的设置位置有明确要求,不能贴邻或设置在甲、乙类厂房内,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。”设计人员需要理解甲、乙厂房的标准界定,特别是对液体闪点的要求,建议阅读《建筑设计防火规范》(GB50016)中条文解释,这可能是大多数输变电设计从业人员不易理解的地方。

图1 对布置位置的要求

2、目前,所有的规程规范中,没有一个条款是不允许预制舱式储能电站布置在建筑内的,从这个条款中,我们可以理解并得出,满足要求的建筑物内是可以布置预制仓式的储能电站的。

3、同时,对于装配式的磷酸铁锂电池,由于其防护等级的限制,只能安装布置在室内,所以可以推导出预制舱式储能电站也是可以布置在室内的,全封闭布置在室内时,建议提高建筑物防火等级。

4、《电化学储能电站设计规范》(GB 51048-2014 )对站址选址的要求比较原则,与常规传统的变电站选址基本相同;

5、储能电站中的建构筑物不应低于耐火二级,并要满足建构物之间及与配间装置之间的间距,与变电站防火规范的基本相同;

图片

表1 布置防火间距的要求

6、电池舱只能单层布置,相隔的间距不应小于3米,如果间距不满足要求时,需要设置防火墙,两端的轮廓各超出1米。同时可以理解为电池舱的布置与建构物不满足距离要求时,也可以加防火墙,或将布置间隔不满足要求的建筑物的相邻外墙按照防火墙的等级进行建造;

7、储能电站须为独立的区域,并设置围栏,只有当电池舱的距离与围栏距离不够5米的时候,才需要将围栏设置为围墙;

五、消防给水系统

1、储能电站应设置消防给水系统,水源的选择与变电站的消防水源较为相似,如果设置在火力发电厂或新能源电站内的储能系统,可以与其共用一个消防系统,满足水压、水量及灭火时间的要求;

2、水量的计算时,要考虑消防栓3小时与预制舱内水喷雾1小时的水量需求之和。

3、消防栓的设置的间距且要满足4支消防水栓同时使用时的消防水流量小于20L/s;

4、自动灭火装置是针对预制舱(储能设备)厂家提出的技术要求,需要配置细水雾灭火系统与气体(一般为六氟丙烷)灭火装置,在招标及技术协议中,可直接将4.8条款的要求附上。

六、火灾自动报警及其联动系统的要求

1、预制舱内的火灾自动报警装置及联动装置应与电站的其他区域分开;当火灾自动报警系统设置在二次设备舱时,消防控制设备区域应与其他区域分开布置;

2、预制舱内应设置可燃气体、感烟、感温探头,且分别设置不少于2个;

3、火灾自动报警装置及联动装置的告警及动作逻辑应按照4.9.5、4.9.6、4.9.7之条款要求;

七、消防供电与防雷接地设计

1、预制舱式储能电站消防供电设计应符合一级消防供电的要求:一级消防负荷应由两个独立电源供电。所谓独立电源,任一电源发生故障或停止供电时,其他电源将能保证继续供电;

2、消防用电设备的电线电缆建议选用铜芯耐火电缆;

3、储能电站布置在室外时,按照规程规范要求,需设置独立避雷针防直击雷;接地装置除满足正常要求之外,可以与原有厂、场、站的接电网可靠连接,以降低接地电阻;对于地下严重腐蚀区域,可采用铜材接地或采用阴极保护;

八、消防器材及灭火救援

1、预制舱式磷酸铁锂电池储能电站配置消防器材类型、数量及区域的要求见下表:

表2 储能电站消防器材配置表

2、电站内配置不少于2套的正压呼吸器;

3、电站内要设置环形的消防车道,如果有困难时,可沿建构筑物的两个长边设置消防车道;

4、电缆的封堵要求要满足《电力工程电缆防火封堵施工工艺导则》(DL/T 5707-2014 )及《电力工程电缆设计规程》( GB 50217-2007)中的相关要求。这个与发电厂及变电站的设计要求相同。

关键字:磷酸铁锂电池储能电站

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