中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：安全是萬(wàn)億級(jí)儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展的基礎(chǔ)。
近期，多起儲(chǔ)能系統(tǒng)起火及爆炸事故的發(fā)生，從澳大利亞昆士蘭州50MW/100MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目火災(zāi)，到法國(guó)經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百萬(wàn)歐元的養(yǎng)雞場(chǎng)光伏儲(chǔ)能裝置爆炸，引發(fā)了行業(yè)熱議。
2017年至今，全球電化學(xué)儲(chǔ)能電站已發(fā)生超過(guò)80起安全事故，其中部分事故燃燒時(shí)間長(zhǎng)，儲(chǔ)能火災(zāi)消防救援難度大。如國(guó)內(nèi)影響較大的北京“大紅門”儲(chǔ)能電站起火爆炸事故，造成了1名值班電工遇難、2名消防員犧牲、1名消防員受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)1660.81萬(wàn)元。
頻頻發(fā)生的起火及爆炸事故背后，反映的正是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)日益劇增的安全風(fēng)險(xiǎn)，也再次為行業(yè)敲響了警鐘。
儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)燃爆風(fēng)險(xiǎn)飆升
全球儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故中，60%以上采用的是三元電池。三元鋰電池在內(nèi)部溫度超過(guò)200℃左右的破損自燃點(diǎn)時(shí)，正極材料會(huì)分解并釋放氧氣，在高溫下大量電解液會(huì)汽化并破壞電池殼體，在短短幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的爆燃，且一直持續(xù)到能量釋放完畢。
磷酸鐵鋰電池自燃點(diǎn)約500℃，相較于三元電池不易自燃。但磷酸鐵鋰電池小電芯熱失控最高溫度在400~500°C，大電芯熱失控最高溫度卻高達(dá)700~900°C，大容量電池?zé)崾Э貢r(shí)內(nèi)部溫度超過(guò)磷酸鐵鋰正極材料分解溫度。大容量磷酸鐵鋰電池正極材料分解將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽（含氫氣等，不含氧氣），隨著SOC增加，氫氣濃度增加，可達(dá)50%以上（氫氣的爆炸極限是4％～75.6％），爆炸風(fēng)險(xiǎn)更高，不過(guò)燃燒劇烈程度較三元電池更低。
中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高也曾指出，針對(duì)320Ah LFP電池單體的側(cè)向加熱實(shí)驗(yàn)顯示，電池內(nèi)部溫度超過(guò)823.5°C時(shí)，超過(guò)磷酸鐵鋰正極分解溫度，將產(chǎn)生大量可燃電解液蒸汽。在大容量電池中，磷酸鐵鋰電池的燃爆指數(shù)是三元電池的兩倍，一旦遇到火花更為危險(xiǎn)。
當(dāng)前，儲(chǔ)能行業(yè)正在向高容量方向發(fā)展。儲(chǔ)能電芯容量已發(fā)展到主流的280Ah，并繼續(xù)朝300Ah+方向發(fā)展；儲(chǔ)能系統(tǒng)容量發(fā)展到主流的20尺3.72MWh產(chǎn)品，并向20尺5MWh+液冷系統(tǒng)方向發(fā)展； 儲(chǔ)能電站容量逐步向百M(fèi)W級(jí)甚至GW級(jí)大型儲(chǔ)能電站發(fā)展。
高容量發(fā)展趨勢(shì)下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的燃爆風(fēng)險(xiǎn)也顯著提高，這促使儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)對(duì)水消防、氣體消防、早期預(yù)警檢測(cè)和排氣設(shè)計(jì)等消防設(shè)計(jì)提出了更高的要求，對(duì)相關(guān)部件的防爆要求也將趨向于更加嚴(yán)格。
儲(chǔ)能通風(fēng)裝置安全隱患及使用痛點(diǎn)
眾所周知，儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部電芯熱失控之后會(huì)產(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等易燃易爆氣體，并可能由于可燃?xì)怏w不能及時(shí)排出而引發(fā)爆炸。
因此，儲(chǔ)能集裝箱的通風(fēng)系統(tǒng)就顯得格外重要。電池單體一般通過(guò)排氣閥排出氣體，模組階段一般使用外部風(fēng)扇或外殼自身散熱設(shè)計(jì)來(lái)避免可燃?xì)怏w聚集，在最后的集裝箱層面也需要有通風(fēng)設(shè)施及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)疏散可燃?xì)怏w。
市場(chǎng)主流的儲(chǔ)能消防系統(tǒng)中，一般每個(gè)20尺儲(chǔ)能柜會(huì)配置一進(jìn)一出2個(gè)風(fēng)機(jī)，每個(gè)40尺或45尺儲(chǔ)能柜會(huì)配置3~4個(gè)防爆風(fēng)機(jī)、進(jìn)風(fēng)口、電動(dòng)百葉等。
在電池?zé)崾Э匕l(fā)生后，通風(fēng)系統(tǒng)需疏散大量易燃易爆氣體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的排風(fēng)泄壓，以減少熱失控?cái)U(kuò)散帶來(lái)的損失。作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的“保險(xiǎn)絲”，其本身也必須滿足防爆要求。
目前已有多項(xiàng)儲(chǔ)能行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確提出了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中通風(fēng)裝置的防爆要求。
7月1日起實(shí)施的《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 42288-2022）中第5.7.1條明確規(guī)定“電池室/艙應(yīng)裝設(shè)環(huán)境溫度控制系統(tǒng)、防爆型通風(fēng)裝置，電池室/艙外應(yīng)設(shè)置排風(fēng)開(kāi)關(guān)?！?
2022年6月，住建部發(fā)布的《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》中也提到了對(duì)電池室通風(fēng)系統(tǒng)的要求，包括“通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用防爆型設(shè)備”、“當(dāng)電池室自動(dòng)滅火系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)”等。
《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》（節(jié)選）
不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，目前市場(chǎng)主流的防爆通風(fēng)裝置仍然存在部分安全隱患及使用痛點(diǎn)。
安全隱患在于：
1.目前防爆通風(fēng)裝置僅電機(jī)防爆，百葉窗驅(qū)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)推桿）無(wú)法在易燃易爆氣體環(huán)境下使用；
2.電動(dòng)推桿隨時(shí)有外泄火花風(fēng)險(xiǎn)；
3.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)失電后無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)通風(fēng)裝置開(kāi)/關(guān)。
使用痛點(diǎn)在于：
1. 間接驅(qū)動(dòng)增大機(jī)械誤差，無(wú)法關(guān)嚴(yán)的情況頻繁發(fā)生，且沒(méi)有反饋信號(hào)并入消防主機(jī)控制系統(tǒng)，這會(huì)導(dǎo)致外界水汽、灰塵等滲入系統(tǒng)內(nèi)部；
2. 部分-40°C的地區(qū)無(wú)法使用；
3.滅火氣體噴出時(shí)無(wú)法自鎖，導(dǎo)致滅火氣體、滅火劑使用效率低，如有明火出現(xiàn)，還會(huì)有火勢(shì)蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。
使用電動(dòng)推桿的儲(chǔ)能風(fēng)機(jī)
在《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》中只要求是“防爆型通風(fēng)裝置”，并未具體說(shuō)明防爆型的通風(fēng)裝置內(nèi)部各部件應(yīng)該達(dá)到的防爆等級(jí)，且是否內(nèi)部每個(gè)部件都應(yīng)該防爆，因此上述配置電動(dòng)推桿的防爆風(fēng)機(jī)也能順利通過(guò)驗(yàn)收。
事實(shí)上，99%的國(guó)內(nèi)業(yè)主并不知道，很多設(shè)備廠家打了個(gè)擦邊球，在風(fēng)機(jī)內(nèi)部配置了不滿足氣體環(huán)境防爆要求的電動(dòng)推桿來(lái)控制百葉窗閥、風(fēng)閥或者風(fēng)門擋板的開(kāi)關(guān)，“保險(xiǎn)絲”反而成了“引火線”。
與之形成對(duì)比的是，部分儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商在做國(guó)外項(xiàng)目時(shí)，會(huì)選擇防爆執(zhí)行器來(lái)代替電動(dòng)推桿。因?yàn)閲?guó)外業(yè)主要么根據(jù)當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)，尤其是北美地區(qū)的很多法規(guī)由消防單位制定，對(duì)防火防爆的要求比較高，要么自身具有這方面的防爆知識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)此會(huì)有一些硬性要求。
儲(chǔ)能風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)防爆要求或可參考石化行業(yè)
在可燃性氣體環(huán)境中，針對(duì)儲(chǔ)能風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)部分的防爆要求或許可以參考石化行業(yè)。
一開(kāi)始，在初期階段的石化、制藥建筑行業(yè)也有很多爆炸風(fēng)險(xiǎn)，大家也像今天的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)一樣打擦邊球，在風(fēng)閥上使用推桿驅(qū)動(dòng)，但爆炸次數(shù)太多了，因此制藥、石化等領(lǐng)域漸漸完善了相關(guān)法規(guī)。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，在海工、石化、制藥建筑等領(lǐng)域，爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所按其危險(xiǎn)程度大小劃分為：0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)，爆炸性粉塵危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為：20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)。目前儲(chǔ)能行業(yè)大量采用的電動(dòng)推桿普遍無(wú)防爆，少數(shù)產(chǎn)品滿足21區(qū)、22區(qū)防爆，這主要是因?yàn)檫@些電動(dòng)推桿主要應(yīng)用于谷倉(cāng)、糧倉(cāng)等粉塵環(huán)境，并不是為儲(chǔ)能領(lǐng)域而設(shè)計(jì)。
爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所等級(jí)劃分
根據(jù)儲(chǔ)能集成系統(tǒng)的特點(diǎn)，除明確防爆區(qū)域外，還需對(duì)防爆氣體的分類和等級(jí)有明確要求。IIC作為防爆使用場(chǎng)所的典型代表有氫氣、甲烷、乙烷、甲炔、乙炔等。而IIIC在國(guó)標(biāo)規(guī)定中只適用于可導(dǎo)電性粉塵爆炸物，IIB更是不包含氫氣選項(xiàng)。儲(chǔ)能行業(yè)目前大量使用的電動(dòng)推桿也普遍無(wú)防爆，少數(shù)可達(dá)到IIB級(jí)，但在氫氣環(huán)境中根本無(wú)法安全使用。
防爆氣體分類
鋰電池?zé)崾Э睾髮a(chǎn)生大量的H?、CH?、C?H?、CO等氣體，從爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所以及防爆氣體分類兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)需要的風(fēng)閥驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)該同時(shí)滿足1區(qū)、2區(qū)氣體環(huán)境防爆要求，以及達(dá)到IIC級(jí)或IIB+H?級(jí)防爆。
前事不忘，后事之師。儲(chǔ)能行業(yè)仍處在野蠻生長(zhǎng)階段，但最終將與石化、海工產(chǎn)業(yè)相似，在爆炸事故大量發(fā)生之后法規(guī)慢慢健全。而如果能有一些具備安全意識(shí)的儲(chǔ)能業(yè)主或者集成商們提前意識(shí)到這一點(diǎn)，并主動(dòng)抓住這個(gè)機(jī)會(huì)完善自身安全體系，必將對(duì)自身的未來(lái)和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展大有裨益。
羅托克儲(chǔ)能防爆執(zhí)行器
儲(chǔ)能行業(yè)對(duì)于防爆產(chǎn)品的要求必然趨向于更加嚴(yán)格，而被大量采用的電動(dòng)推桿顯然也無(wú)法滿足儲(chǔ)能風(fēng)閥控制部分的防爆要求。
羅托克作為流體控制及儀器公司，在石油、化工、電力等行業(yè)積淀了大量的液體、氣體及粉末流體生產(chǎn)環(huán)境防爆產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，也因此得以快速切入鋰電領(lǐng)域，并針對(duì)性地推出了儲(chǔ)能防爆執(zhí)行器解決方案。
羅托克MAX系列角行程執(zhí)行器，產(chǎn)品為一體防爆設(shè)計(jì)，且安全、小巧、易安裝，適用于 1,2區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域，滿足氣體與粉塵防爆環(huán)境中CT6等級(jí)要求，無(wú)需外部防爆箱即能達(dá)到防爆性能。
羅托克MAX系列角行程執(zhí)行器
作為電動(dòng)執(zhí)行器頭部企業(yè)，羅托克在全球共有12家工廠，其中上海工廠設(shè)立于2006年，皆受益于羅托克嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系。羅托克現(xiàn)有防爆證書(shū): 歐洲ATEX認(rèn)證、北美CSA認(rèn)證（包含UL913認(rèn)證，涵蓋NEC及NFPA70防爆標(biāo)準(zhǔn)體系）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IECEx認(rèn)證、UL認(rèn)證、3C認(rèn)證、Inmetro認(rèn)證（巴西）、EAC認(rèn)證（俄羅斯）、IP66等。
此外，相較于電動(dòng)推桿，角行程執(zhí)行器產(chǎn)品除了滿足氣體環(huán)境防爆要求外，還有效解決了當(dāng)前電動(dòng)推桿產(chǎn)品關(guān)不嚴(yán)、低溫?zé)o法使用、無(wú)法復(fù)位等一系列使用痛點(diǎn)。
總的看來(lái)，隨著相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)體系的健全、儲(chǔ)能行業(yè)防爆要求的提升，以及儲(chǔ)能業(yè)主和集成商安全意識(shí)的提升，防爆執(zhí)行器也有望成為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的新選擇。
