一、 一個工程案例
這是我們“智見”團隊參與技術(shù)服務的工程案例。在上海某大廈地下車庫布置儲能系統(tǒng)規(guī)模為1MW/2.719MWh，以削峰填谷方式實現(xiàn)電價套利，同時考慮遠期充電樁的接入。儲能系統(tǒng)接入大廈原有400V低壓配電系統(tǒng)母線。工程共分成兩個儲能子系統(tǒng)，儲能子系統(tǒng)規(guī)模分別為500kW/1554kWh和500kW/1165kWh。電池采用磷酸鐵鋰電池，柜式安裝在大廈地下一層，利用原有停車場新建儲能室一間，并配套安裝消防、暖通、照明系統(tǒng)。電氣接線圖如下：
二、 《電化學儲能電站設計規(guī)范》與鋰電池能否布置在地下車庫的問題
GB51048-2014《電化學儲能電站設計規(guī)范》中對儲能站址的選擇，是基于新建選址、容量規(guī)模大的儲能電站。對于城市負荷密度高，采用分布式儲能、峰谷電價套利儲能電站的選址沒有適用性。對于目前儲能的營利模式還比較單一情況下，在城市的核心區(qū)，只有采用分時電價管理的峰谷電價套利模式。城市寸土寸金，如果儲能電站采用《規(guī)范》中選址要求顯然是行不通的，比較現(xiàn)實的選址與布置方式就是采用現(xiàn)有建構(gòu)筑物進行改造，或者采用集裝箱布置在室外，離負荷較近的地方。
《電化學儲能電站設計規(guī)范》中對建構(gòu)筑物及設備的防火間距提出了要求，這個規(guī)定也不適用在既有建筑物中布置設備的情形。在“儲能系統(tǒng)”中“布置”章節(jié)，對配電裝置型式、通道間距及分區(qū)等提出了原則要求，對于鋰電池如何選址與布置的指導性不強。
那么鋰電池能否布置在城市的大型建筑物中，或者布置在地下車庫？我們的理解應該是可以的，等同于我們將儲能裝置視為地下變電站、全戶內(nèi)變電站、戶外變電站相同的邏輯。根據(jù)我們的儲能電池及裝置類型，其布置的建構(gòu)物要滿足相關的防火規(guī)范，例如鋰離子電池火災危險分類是戊級，其耐火等級是二級。
建筑物的消防安全是底線思維。布置在室內(nèi)或地下室的儲能裝置，在通道，溫度濕度，通風防塵，消防器材及監(jiān)控保護也要滿足規(guī)范的要求。
三、 工程建設程序的要求
（1）鋰電池是否易爆品？有無爆炸的危險？
我們上海儲能工程采用的是柜式的磷酸鐵鋰電池，電池的產(chǎn)品說明中只是指出了鋰電池可能的危險源提示，比如在密閉的空間中，可能會出現(xiàn)氣體爆炸的風險。檢測報告及試驗報告明確，在各種工況與環(huán)境下，例如過充、擠壓、短路、加熱、海水浸泡等情況下，電池都不會發(fā)生爆炸與起火的情況。我們根據(jù)廠家提供的報告及生活常識可以判斷，鋰電池不是易爆品，但它在一定的外部環(huán)境或工況條件下，可能會誘發(fā)爆炸與起火的風險，具有一定的危險概率。
美國的儲能安全專家、儲能系統(tǒng)技術(shù)委員會主席James Biggins是這樣定義的：所以在過去的幾年，我們針對鋰離子電池，尤其是在電信行業(yè)和儲能系統(tǒng)的大規(guī)模應用就做了很多關于有害物質(zhì)和氣體的研究，其中還有一個問題，現(xiàn)在雖然有法規(guī)，但是不同轄區(qū)的消防人員都盡量的是把鋰離子電池里面的物質(zhì)當成是有害的、可燃燒的液體，而且大家都知道，在電池組里面可能有好幾個電池的疊加，他們就會認為這里面有可以燃燒的有害液體，所以需要做監(jiān)管。
（2）消防部門的工作程序及意見
我們在上海的儲能項目，在可行性研究評審時，請來了消防大隊的消防專家。專家沒有因為地下車庫布置鋰電池儲能是新生事物而一票否決，提出了“對于本工程使用的磷酸鐵鋰電池的電解液成分尚不了解，儲能電池廠家應該提供相關論述。”在電池廠家充分說明論證并提交消防大隊說明情況，同時，消防專家也提出了對地下車庫布置鋰電池儲能間是否需要參照引用汽車庫、修車庫、停車場的相關規(guī)范提出了自己的看法。
在完成上述技術(shù)與安全論證工作之后，根據(jù)《上海市辦理建設工程消防驗收、竣工驗收消防備案申報手續(xù)》的規(guī)定，“依法不需要取得施工許可證或建筑面積小于300平方米的改建建設工程，不再辦理”，本工程在建筑面積及投資額度都依法可免予辦理。
（3）是否需要第三方安全評價？
鋰電池，布置在地下車庫的鋰電儲能電站，是否有較大的安全風險？根據(jù)《安全生產(chǎn)法》第二十五條：礦山建設項目和用于生產(chǎn)、儲存危險物品的建設項目，應當分別按照國家有關規(guī)定進行安全條件論證和安全評價。
剩下的問題就是鋰電池儲能間是否屬于儲存危險物品的界定?！栋踩a(chǎn)法》第七章《附則》第九十六條，“危險物品，是指易燃易爆物品、危險化學品、放射性物品等能夠危及人身安全和財產(chǎn)安全的物品?！蓖ㄟ^以上的脈絡梳理，我們可以得出：鋰電氣不是危險物品，不需要進行安全評價。
四、儲能工程設計方案
在項目的實施階段，我們對本工程的布置、消防及通風做了如下設計方案：
儲能系統(tǒng)放置于地下停車場地下一層，鄰近變電所的400伏配電裝置，利用原有的停車位新建儲能電站站房，建筑面積為102.14 m2，儲能房里放置有電池柜、630kVA隔離變壓器、500kW PCS柜、匯流柜、控制柜等電氣設備。
儲能室內(nèi)設置精密空調(diào)，并設置風管向電池柜內(nèi)送空調(diào)冷風，最大設計送風量為11200m3/h，以保持電池柜柜內(nèi)溫度恒定在25℃左右。
根據(jù)《建筑滅火器配置設計規(guī)范》GB50140關于小型滅火器的配置要求，在儲能室設置一定數(shù)量的手提式干粉滅火器，以保證補救初期火災和零星火災。
根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》 GB50370的要求，考慮到儲能室室內(nèi)體積小、高度低，室內(nèi)燃燒物少，且多為電氣設備的特點，選擇采用柜式七氟丙烷滅火系統(tǒng)，本裝置以七氟丙烷（HFC-227ea）作為滅火劑。七氟丙烷以化學滅火為主，兼有物理滅火作用，無色、無味、清潔、不導電、不污染被保護對象，不會對財物和精密設施造成損壞，對大氣臭氧層無破壞作用（ODP值為零），符合環(huán)保要求，在大部分保護區(qū)域，滅火濃度均低于人體的無毒性反應濃度（NOAEL濃度），對人體是安全的，是一種優(yōu)秀的潔凈氣體滅火劑。
同時，在儲能工程的建設中，消防安全也是重中之重，是儲能系統(tǒng)安全運行的保障。因此，本工程最終設計方案確定后，將咨詢消防部門專家的意見。
儲能電站的布置圖如下：
五、儲能電站火災的安全警示
我們常見鋰電池的電動自行車因充電問題引發(fā)的火災見諸報端。這種類型的火災原因應該是多方面的原因，鋰電池的發(fā)展并沒有因噎廢食，但這類安全事故也讓我們焦慮鋰電在大規(guī)模運用上是否安全，是否是顆定時炸彈？當然，儲能電站的著火與多種因素有關的，與電池及相關的電氣產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)集成商的施工水平及后期的運營管理都有關系，我們也不能因為一次事故而全盤否定儲能電站的發(fā)展前景。同時，發(fā)生的事故應該給予我們在儲能項目建設中足夠的警醒。
網(wǎng)上流傳江蘇鎮(zhèn)江揚中某用戶側(cè)儲能項目的火災現(xiàn)場實景圖：
六、 儲能發(fā)展需要實用的規(guī)范與建設標準
James Biggins這樣說：
“不同場景的應用需要不同的法律法規(guī)，有適用于建筑的，適用于大的儲能系統(tǒng)和大的發(fā)電廠，希望在不同的應用場景都有相應的標準和法規(guī)，比如說大規(guī)模應用的工業(yè)場景和居民應用的場景下。”“下來是審批環(huán)節(jié)，審批儲能系統(tǒng)所使用的設備和組件，美國每個州都有相應的審批流程?！?
GB 51048-2014《電化學儲能設計規(guī)范》是針對大型儲能電站編寫的規(guī)范，與分布式能源的發(fā)展思路并不吻合。未來，可以預見的是儲能會有長足發(fā)展，運用的場景與主題應該是分散式，分步式，中小容量，貼近負荷中心，與家庭、辦公樓宇、工廠等負荷中心緊密相關的場景。如果沒有規(guī)范可循，也沒有相應的安全制度與監(jiān)管，當大家不知道該如何做，這樣做是否合法合規(guī)的疑問不斷充斥我們思考的時候，顯然對儲能的生態(tài)系統(tǒng)是不利的。
安全的使用好儲能，是這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提；合理合規(guī)的建設流程、審核程序與驗收標準是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障。
七、 美國儲能安全專家給我們的思考
2018年5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開，美國儲能系統(tǒng)技術(shù)委員會主席、TüV南德意志集團全球風險顧問公司常務顧問James Biggins在國際儲能專場，以“美國儲能市場—安全法規(guī)和標準”為題，發(fā)表了精彩演講，現(xiàn)附上演講的內(nèi)容如下：
James Biggins：非常榮幸今天早上能做第一位講者。我今天主要是和大家講在美國儲能市場的安全監(jiān)管以及標準。
首先講一個大概的全局觀，2017年，我們的整個市場的裝機容量超過了100MW，我們預計在未來每年翻一番，最終達到200MW，2018年預計1000MWH，不光是商業(yè)，也包括一定的住宅使用。截止到2017年4月份，現(xiàn)在美國在意的儲能裝置項目是有不同的電池類型，從鉛酸到鋰到鎳到鈉和液流電池，整個占額定功率的651MW，我們要注意到現(xiàn)在整個市場更多的偏向于鋰電池，截止到2017年的第四季度，整個市場里面有超過98%都是鋰電池。為什么會這樣？因為鋰電池的技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，它已經(jīng)得到了市場的驗證，而且它的能量密度是比較高的，尤其是我們做大規(guī)模應用的時候，是非?？粗馗吣芰棵芏鹊?。當然，鋰電池也有一些缺陷和弊端，最明顯的是對于火災的擔憂。已經(jīng)有很多關于鋰電池起火的事件發(fā)生了。另外在美國市場還涉及到對于電路設計安全的要求，一旦這個電池裝好，它老化帶來的隱患，同時對于電池的運輸在美國是有相當嚴格的限制。包括電池在使用壽命要結(jié)束的時候怎么進行處理。
在美國的安全性方面，主要是有七大點，大多數(shù)的標準和監(jiān)管條例都是根據(jù)了這7個方面來制定的，首先是選址，要把儲能系統(tǒng)放在哪里，尤其是大規(guī)模的項目。有的時候是放在城市，有時候小規(guī)模的儲能系統(tǒng)在居民區(qū)里。所以選址方面是有標準的，同時系統(tǒng)的出入口也是有相關的標準和條例。如果是在居民區(qū)，儲能系統(tǒng)的選址不能放在家里的時候阻礙在家里住的人發(fā)生意外逃不出去，所以選址和人的出入也是有關。也要和周圍環(huán)境進行一定單獨隔離，不要因為儲能系統(tǒng)發(fā)生火災而影響到周遭的環(huán)境。另外一個大的方面是通風，我們知道電池系統(tǒng)的通風非常關鍵，因為要保持它良好的工作周遭溫度。一旦發(fā)生火災，電池會釋放出相當大的有毒氣體，所以需要有一定的通風系統(tǒng)保證，無論是正常情況下還是大型火災情況下，都能盡快排出這些氣體。有時候發(fā)生大的火災，由于有毒氣體排放不出去，消防隊員也不能很快的撲滅火災。
這套儲能系統(tǒng)和其他系統(tǒng)怎么實現(xiàn)交互？包括溝通、衡量指標等等。在這里監(jiān)管設了一些最低的交互要求，這也是根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格以及根據(jù)測試的結(jié)果制定出來的。我們最重要關注的領域是關于火災，包括火災的探測、火災的撲滅、火災的間隔以及怎么樣去除何在產(chǎn)生的煙霧、氣體。這也就提高了剛才說的與其他地方保持一定的間隔。在這方面，其實有很多的工作需要做，也有一些體系可以借用，比如FM200，F(xiàn)M200是關于氣體控制的系統(tǒng)，能夠幫助你控制氣體的泄露和通風。因為整套技術(shù)并沒有得到大規(guī)模的推廣，所以它沒有經(jīng)過大規(guī)模項目的驗證，一旦發(fā)生熱逃離的情況下會發(fā)生什么不是特別清楚?，F(xiàn)在也有對它的使用。上面的防火間隔，有很多使用液體和水來做間隔，因為它的安裝成本比較低，現(xiàn)在并沒有說特別豐富的實踐數(shù)據(jù)來支撐，到底需要多少的水量來實現(xiàn)真正有效的防火間隔，現(xiàn)在美國在做這方面的測試，希望明年有更多、更實際、更豐富的行業(yè)里面的證據(jù)。另一方面的隱憂來自于液體，在美國的情況是你需要有一個容器來裝從電池儲能系統(tǒng)里面泄露出來的液體。我個人覺得要全部裝住是很難的，但是你又使用到用水做防火隔離，液體泄露方面也有很大的隱憂。標識方面，在美國的安全文化里面，一貫很強調(diào)安全相關的標識，能夠讓人們知道哪里有安全隱患，發(fā)生情況以后要做什么，所以我們一直強調(diào)標識方面標準的制定。
接下來是審批環(huán)節(jié)，審批儲能系統(tǒng)所使用的設備和組件，美國每個州都有相應的審批流程。美國的安全性文化一直都是由不同的州和不同的州相應的機構(gòu)進行管理和審批的標準。所以，你如果要拿出一些全部適用的條例是不太容易的，非常取決于這個項目所處的州、所處的城市，比如說大設備的退役，這方面會有很多安全性的問題。你需要為整個生命周期來制定相應的標準。在2015年以前，美國鋰電池方面的安全法規(guī)并沒有很好的處理有害氣體和有害的物質(zhì)，尤其是在鋰電池這方面。所以在過去的幾年，我們針對鋰離子電池，尤其是在電信行業(yè)和儲能系統(tǒng)的大規(guī)模應用就做了很多關于有害物質(zhì)和氣體的研究，其中還有一個問題，現(xiàn)在雖然有法規(guī)，但是不同轄區(qū)的消防人員都盡量的是把鋰離子電池里面的物質(zhì)當成是有害的、可燃燒的液體，而且大家都知道，在電池組里面可能有好幾個電池的疊加，他們就會認為這里面有可以燃燒的有害液體，所以需要做監(jiān)管。我們要更快的跟大眾普及這方面的知識。
例子，我們曾經(jīng)經(jīng)歷過風電場和大型的儲能裝置的火災，在左邊，大家都知道這是一個夏威夷的風電場，在2012年的時候，這已經(jīng)是這個風電場第三次著火了。這個風電場最大的問題是在產(chǎn)生火災的時候煙很大，而且煙很快彌漫到整個風電場，煙很大，沒有辦法進行疏散，整個風電場損失慘重。他們現(xiàn)在希望改變目前的安全法規(guī)。右邊是在一年前發(fā)生的火災，是在比利時和阿姆斯特丹這個地方，這是一個發(fā)電廠，發(fā)電廠里面有好幾種不同的儲能系統(tǒng)，他們還做過一些檢測。主要是檢測哪些儲能系統(tǒng)和發(fā)電廠更加適用，火災起源的信息還沒有完全披露，我想主要的原因是在當時是做試點，而不是正式的運行。而那時候在具體運行過程中好幾個系統(tǒng)中出現(xiàn)不兼容的情況。
鋰離子電池方面人們做的法律法規(guī)規(guī)避這些可能存在的危險，有些是針對應用做的法律法規(guī)。不同場景的應用需要不同的法律法規(guī)，有適用于建筑的，適用于大的儲能系統(tǒng)和大的發(fā)電廠，希望在不同的應用場景都有相應的標準和法規(guī)，比如說大規(guī)模應用的工業(yè)場景和居民應用的場景下。NFPA，美國的消防協(xié)會，他們主要是來出具在美國普通的放火標準，在美國還有FM global也提出其他防火的安全，F(xiàn)M global也做了關于火檢的檢測，未來他們更快就儲能系統(tǒng)出具相應的標準和法規(guī)，而且會具體指引消防人員在發(fā)生火災的時候到底怎么做的指南。
這個PPT有改變，之前的PPT完全集中于美國市場，在美國大家都知道UL，美國比較通行做法律法規(guī)的，世界其他地方也有不同的機構(gòu)，像ULC。在美國就是UL1948、1948A，這幾個都是相應的為鋰離子電池產(chǎn)品還有電池系統(tǒng)來做相應的法律法規(guī)，還有UL9540、UL9540A。接下來給大家看一下ICC，主要是在美國國際安全委員會，主要是為應用場景做法律法規(guī)，尤其是建筑安全和環(huán)境安全方面的法律法規(guī)。主要針對的也是在城市、農(nóng)村，當我們在建筑立面安裝儲能設備的時候要遵循ICC的標準，他們做大量的工作來解決關于能源儲備和這方面的系統(tǒng)問題。2015年以前，主要標準和規(guī)則是針對傳統(tǒng)電池和電池的安裝，所有的法律法規(guī)在過去的這些年進步和更新的非常慢，他們主要針對傳統(tǒng)電池，在2015年之后，尤其大家都知道，夏威夷一個島巨大的火災之后做了一些法律法規(guī)的更新，因為他們看到2015年之后的市場，能源儲備和儲能系統(tǒng)的發(fā)展非常快，大家看到2018年就對于ESS系統(tǒng)出具了全新的安全章程。這是第十二章，針對能源儲能系統(tǒng)，這里針對太陽能光伏發(fā)電，還有禁止的燃料電池和其他的電池能源系統(tǒng)。
這個表上可以具體看到第12章涵蓋的安全法規(guī)的領域，包括ESS，還有最低門檻準入，比如他們會告訴你，在每個單一的區(qū)域里面你最大可以安裝多大功率的電池組和儲能系統(tǒng)。我還會簡單的一個個講，但是時間來不及了。禁止的燃料電池里面，他們希望更好的告訴大家，比如說在15KWH到50KWH，或者不同的KWH的時候，我們是不是能夠足夠的產(chǎn)生煙，而且房間里的防火設備或者消防設備能撲滅這樣的儲能系統(tǒng)產(chǎn)生的煙霧。另外關于剛剛講的50KWH，比如我們?nèi)ヒ粋€比較大的領域里面或者大的應用空間，它里面有電池組，比如它里面疊加250KWH，這樣我們就一定要在不同的電池組之間有些間隔，以保證他們的散熱。在具體的電網(wǎng)運作的時候是比較難的，像MW或者GW這樣的大項目，你很難做這樣的間隔性安置。另外在居民的住宅里面還要給他們提供許多我之前講過的通風，尤其針對居民樓里較小儲能系統(tǒng)的通風和隔離。
NFPA是美國的消防協(xié)會，他們推出了很多在鋰離子電池和儲能系統(tǒng)方面的安全法規(guī)，他們還出臺了關于火災的消防標準，IFC的標準跟他們非常相似。2015年之前都做了比較小的更新，2018年之后，2017年是增加了一章，2018年是全新的更新，給我們提供了關于儲能設備的安全方面的要求。而且IFC的標準在酶基本都是遵循的，適用范圍非常廣。NFPA855是針對標準儲能系統(tǒng)安裝方面的法律法規(guī)的要求，他們專門做了一個文件，把所有其他的法律法規(guī)機構(gòu)的文件都具體羅列出來，比如在不同的適用領域，開發(fā)商、建筑商和儲能系統(tǒng)到底應該怎么樣來更好的滿足美國現(xiàn)在當局對于鋰離子電池和儲能系統(tǒng)的要求。針對NFPA855是比較全面的，而且是比較能夠適用于大型電網(wǎng)并網(wǎng)的要求。當然了，對于其他相對專業(yè)的應用可能就沒有那么具體的規(guī)章規(guī)定，現(xiàn)在在美國也希望整個對能源儲能系統(tǒng)做一些安全和法規(guī)上的界定。
總結(jié)，鋰離子電池和儲能系統(tǒng)方面的安全法規(guī)是持續(xù)更新的過程，所以一般3-5年，美國的當局就會進行一次更新，因為他們會從過去3-5年的事故中學習，并且更新他們的法律法規(guī)規(guī)定。在美國，有ICC、IFC、NFPA，所有這些機構(gòu)都是參與到美國的安全法規(guī)方面的建設，但是適用之前都是要受到檢測。所以現(xiàn)在NFPA通過第一次修訂，現(xiàn)在有10個星期的待定期，這10個星期里面，大家如果讀他們最新出臺的法律法規(guī)，我們可以提出異議，然后在10個月暫休期之后就會適用。另外，我們能夠不同的機構(gòu)提供的法律法規(guī)安全的指南是非常不同的。防火和用戶安全，尤其是防火檢測，在美國參與的機構(gòu)非常多，我們也希望找到最好的方式來撲火、滅火，我想最大的應用場景是保險商或者第三方，比如我們可以幫大家做整體的防火安全的分析，幫你們項目看整體的安裝和運營是否符合法律法規(guī)的要求。
整個儲能系統(tǒng)的發(fā)展是動態(tài)的，而且涉及到非常關鍵的安全因素，在最近我們看到ESS，儲能系統(tǒng)在過去這幾年出現(xiàn)了比較快的發(fā)展，而且預計在未來幾年還會有快速的發(fā)展，今天都是解決我們已知的問題，但是通過不同的檢測，通過不同的分析以及關于危害減緩指南方面的工作，可以做更好的提前預知安全隱患，另外法律法規(guī)是持續(xù)進行更新的。我們希望利益相關方都進行合作，我們大家的合作是解決在整個儲能系統(tǒng)方面的安全隱患最關鍵的一環(huán)。
謝謝大家！
