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儲能系統(tǒng)消防設計原則
1、消防設計應貫徹預防為主，防消結合的方針、防治和減少火災危害，保障人身和財產安全
2、消防設計應根據(jù)電站的不同規(guī)模，各類電池不同特性采取相應的消防措施，從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，做到安全適用，技術先進、經濟合理。
3、電站內設備應滿足耐火等級不低于二級，體積不超過3000立方米，且火災危險性為戊類時，可不設消防給水。（鋰電池為戊類火災危險性）
鋰離子電池熱失控特征
可燃氣體的泄漏以及化學反應一直伴隨著電池熱失控的整個過程。儲能系統(tǒng)中的電池所處的環(huán)境，在正常情況下都相對穩(wěn)定，但是一旦電池產生熱失控，儲能系統(tǒng)中溫度、氣體、光強等參數(shù)一定會產生異常。電池熱失控產生的背景如下圖所示：
圖1 電池熱失控產生的背景
電池熱失控早期有效的預警手段是對氣體進行監(jiān)控，準確地提取出熱失控早期的氣體數(shù)值，氣體探測器的選擇是研究的重點。氣體火災探測器選擇下圖所示：
圖2 電池火災探測過程
消防系統(tǒng)設計方案
為了能夠在單個電池出現(xiàn)熱失控時能夠及時準確預警，在該消防安全系統(tǒng)中采用多級防護機制設計，即在電池內部、電池艙以及封閉式電池簇等各個部分進行分區(qū)探測防護。
鋰離子電池在發(fā)生熱失控時，電解液的泄露可能會導致電網設備發(fā)生間接電擊以及起火等危險事故。通過單體電池內的監(jiān)測裝置可以在電解液發(fā)生泄露早期實現(xiàn)對熱失控的有效監(jiān)測和預警，有效提升系統(tǒng)的預警功能。
同時在單體電池發(fā)生熱失控時可以通過電池包內的探測器有效聯(lián)動滅火系統(tǒng)進行防護處理。對于磷酸鐵鋰電池來說，早期的單體火災很容易被撲滅。
消防安全系統(tǒng)采用分級預警機制和多級安全防護機制，可以有效控制大范圍的火災風險，保障儲能系統(tǒng)的安全。
3.1 消防安全系統(tǒng)主要組成部件
大容量儲能系統(tǒng)電池艙配置消防預警及滅火系統(tǒng)，每個電池艙配置可燃氣體探測器及消防預警主機，提供消防預警功能；同時每個電池艙配置煙感、溫感探測器、七氟丙烷滅火系統(tǒng)一套，提供消防滅火功能。
1、控制主機。控制主機是消防安全系統(tǒng)的核心組件之一，負責消防安全系統(tǒng)的聯(lián)動，實時分析處理采集到的數(shù)據(jù)提供以太網、CAN、RS485通信網絡、干接點等通信接口。
2、傳感器。傳感器負責收集電池溫度、一氧化碳氣體濃度、煙霧濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給主機，對鋰電池熱失控及火災狀況做出綜合判斷。
3、報警設施。當出現(xiàn)電池熱失控甚至火災險情時，主機能夠通過部署在站內和站外的聲光報警器與氣體噴灑指示燈，及時警示工作人員。
4、用戶操作開關。用戶操作開關包括了緊急啟動/停止、自動手動狀態(tài)切換開關。
電池儲能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)框架如下圖所示：
3.2 消防預警、報警及滅火控制策略
由于電池預制艙屬于帶電設備，火災發(fā)生后儲能電池在艙內燃燒，現(xiàn)階段消防救援采取的策略為“先斷電，后滅火”，因此電池預制艙在成組布置時，不僅要考慮最大限度避免預制艙之間的火災蔓延，還要保留足夠的消防空間。
滅火系統(tǒng)控制組件在接收到預警信號或火災信號后，根據(jù)既定滅火策略，自動啟動滅火系統(tǒng)，同時關閉運行中的電氣設備。
當參內巡視人員發(fā)現(xiàn)火情但滅火系統(tǒng)未自動啟動，人員應手動啟動滅火設備。
當艙內斷路器拒跳時，經維護人員人工監(jiān)視視頻判斷火災，通過BMS系統(tǒng)給控制主機發(fā)生斷路器以跳開的信號，控制主機啟動對應瓶組容器閥及選擇閥，實現(xiàn)遠程啟動滅火。消防系統(tǒng)滅火策略入下圖所示：
消防系統(tǒng)滅火策略
3.3 儲能艙消防系統(tǒng)具體措施
1、對電池系統(tǒng)、PCS系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)的運行溫度實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)溫度嚴重異常，將提示報警甚至停止運行；
2、設備和電池艙體、柜體及線纜等設備的材質選用阻燃材料；
3、儲能艙內壁選用阻燃金屬巖棉夾芯板，厚度：50mm，耐火極限不小于1h；
4、儲能艙內設置手動\自動一體化滅火系統(tǒng)，滅火介質采用七氟丙烷。
5、整個系統(tǒng)采取消防聯(lián)動設計，當消防控制器發(fā)出報警信號時，PCS、電池、溫控等系統(tǒng)都會停止運行，配合隔離措施降低風險以確保消防滅火系統(tǒng)能夠正常滅火。
3.4 七氟丙烷劑量計算
儲能艙內安裝七氟丙烷自動滅火系統(tǒng)，全淹沒式。管道敷設于過頂部間隔分布，使氣體噴放更快速和均勻。
七氟丙烷滅火設計用量計算公式如下：
