中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“國際儲(chǔ)能市場(chǎng)與政策專場(chǎng)”，應(yīng)急管理部上海消防研究所黃昊在會(huì)上分享了主題報(bào)告《鋰離子電池儲(chǔ)能消防安全探討》，以下為演講實(shí)錄：
黃昊：大家下午好！今天主要跟大家分享從2013年起我們?cè)阡囯x子電池消防安全方面取得的一些進(jìn)展，還有在儲(chǔ)能方面我們的一些思考。
今天演講開始之后，請(qǐng)大家看一些視頻，這些可以給大家看，給大家看的意思是什么？會(huì)看到這些都是鋰離子電池的事故，非常迅速，會(huì)發(fā)生一個(gè)爆燃的過程，這是鋰離子工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中產(chǎn)生的事故，然后報(bào)警了，消防到場(chǎng)，到場(chǎng)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)什么問題？炸的，這是我們面臨的最重要的問題，鋰離子電池造成的爆炸的事故。我們講鋰離子電池會(huì)發(fā)生燃燒或者爆炸，但是燃燒跟爆炸是兩個(gè)概念的事情，在消防里面有一個(gè)原則，在消防設(shè)計(jì)當(dāng)中要面對(duì)最不利的風(fēng)險(xiǎn)就是爆炸。我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)可以做到嗎？我們接著往下看。
今天首先講一下我們目前是什么樣的設(shè)計(jì)。大家都很清楚，韓國和中國都發(fā)生了一些鋰離子電池的事故，剛剛也有專家進(jìn)行了展示，像中間這個(gè)圖中的集裝箱變成了一個(gè)胖子，炸了，發(fā)生的劇烈的爆炸，這樣的事故在我們的現(xiàn)實(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)中已經(jīng)真實(shí)的發(fā)生了，我們要做的是什么？去正視這樣的風(fēng)險(xiǎn)，不是一味的回避.在我的工作中間經(jīng)常會(huì)聽到很多儲(chǔ)能系統(tǒng)商會(huì)跟我們講電池很安全，電池不會(huì)炸。是這樣嗎？可能您的電池設(shè)計(jì)的相對(duì)比較好，有一定的安全系數(shù)，但是在事故條件下，您的電池會(huì)怎么樣，我不敢保證，我們就從事故當(dāng)中去分析去總結(jié)經(jīng)驗(yàn).
這是另外一起事故，去看一個(gè)俯視圖，從這個(gè)圖上，會(huì)看到儲(chǔ)能系統(tǒng)密密麻麻，它占地非常小，小了之后造成了集裝箱之間的距離非常的小，就是像剛剛講的，有一個(gè)平面布局的問題。我們講消防救援是最后一道防線，為消防救援帶來了非常大的困難，在這樣的事故當(dāng)中，消防員沒有辦法就近的撲救，整個(gè)集裝箱的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的非常密有很多的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)抬架有一定的高度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該注意這些問題。
如何來做我們儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全。有這么一些方面，首先設(shè)計(jì)可不可以做到安全還有標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池設(shè)計(jì)方面有欠缺的，從安全角度設(shè)計(jì)儲(chǔ)能的標(biāo)準(zhǔn)，要努力去干。還有消防系統(tǒng)，大家都在說有一些消防系統(tǒng)，在一個(gè)集裝箱內(nèi)裝一個(gè)懸掛系統(tǒng)，這就是我們說的消防系統(tǒng)嗎？我們認(rèn)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，那你只是一個(gè)自動(dòng)滅火的裝置，我們消防系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)，包括火災(zāi)報(bào)警自動(dòng)滅火，火災(zāi)，爆炸的泄爆，這才是一個(gè)系統(tǒng)，我們現(xiàn)在的考慮不夠。
接著是安全管理，其實(shí)這個(gè)會(huì)被更多人所忽視，消防非常大的一部分來自于管理，你有再好的設(shè)計(jì)，沒有之后的運(yùn)營維護(hù)去落實(shí)這些設(shè)計(jì)，就是歸結(jié)于零，現(xiàn)在管理有嗎？幾乎很少可以看到，所有這些都處于一個(gè)未知的狀態(tài)，造成這個(gè)狀態(tài)的根源是什么？我們講鋰離子電池，對(duì)它的安全性近些年來一直被大家所提及，但是真正去研究，在事故條件下，鋰離子電池是一個(gè)什么樣的狀態(tài)的人不多，大家都在做什么？通過認(rèn)證、通過測(cè)試，其實(shí)我們認(rèn)為這是兩回事，這只是一個(gè)我可以做的。就是現(xiàn)在大家在做的這些事，是一個(gè)正常條件，我正常使用下會(huì)是安全的，事故條件下會(huì)是這樣嗎？我們認(rèn)為不是，所以這樣的一些測(cè)試要超越我們的一些認(rèn)證、一些標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，去更深一步考慮事故條件下去做，這是我們儲(chǔ)能消防安全的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
接下來給大家介紹一下鋰離子電池的火災(zāi)的一些特性。首先列了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，第一個(gè)是危險(xiǎn)貨物品名表，也是從英文標(biāo)準(zhǔn)里面引用過來的標(biāo)準(zhǔn)。大家會(huì)看到鋰離子電池屬于危險(xiǎn)品，只不過屬于第九項(xiàng)，就是說火災(zāi)危險(xiǎn)特性不明確而已，還有看我們的國家的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，在這份規(guī)范里面沒有明確鋰離子電池屬于哪一類的危險(xiǎn)。前兩天在國網(wǎng)開會(huì)時(shí)還有非常多的人在講，我的儲(chǔ)能系統(tǒng)用的戊類建筑，屬于非燃燒物品。鋰離子電池不是的有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)嗎？我們看甲類乙類都有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然現(xiàn)在我們國家對(duì)于鋰離子電池的火災(zāi)危險(xiǎn)特性沒有明確的定義，大家會(huì)按自己認(rèn)為的類別。我們國內(nèi)的管理部門也沒有明確的定義，這樣的條件下我們建議是盡可能的往上靠，往下靠對(duì)自己沒有保障。在正常情況下，電池會(huì)發(fā)生一些電化學(xué)反應(yīng)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)熱，溫度高到一定程度，會(huì)讓電池進(jìn)入一種自加熱狀態(tài)，這就是熱失控的開始，電池里的電解液有大量的可燃物，這些可燃物在熱的條件下逸散，形成可燃的氣體，就是爆炸風(fēng)險(xiǎn)的來源。
這是我們實(shí)驗(yàn)室做的兩個(gè)測(cè)試，我們模擬了這樣相對(duì)密閉的系統(tǒng)。在一個(gè)相對(duì)密閉的空間，在一定的條件下電池會(huì)處于一種爆燃的狀態(tài)，這種爆燃會(huì)產(chǎn)生沖擊波頂開上蓋、沖破窗口，還會(huì)形成火災(zāi)的快速蔓延。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要以能應(yīng)對(duì)這樣的風(fēng)險(xiǎn)為基礎(chǔ)，而不是說以穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)為基礎(chǔ)，這是對(duì)于一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心理念。
接著我們看在電池?zé)崾Э剡^程當(dāng)中會(huì)釋放出哪些氣體。我們做了一些總結(jié)。當(dāng)然這還不是全部的分析，只是做了一些我們覺得一定會(huì)有的兩類。一類是可燃的，另一類是有毒的。它們有什么特點(diǎn)呢？揮發(fā)很快，爆炸的風(fēng)險(xiǎn)很高。有毒氣體也需要關(guān)注，一旦發(fā)生了熱失控對(duì)我們的環(huán)境也是一個(gè)很大的影響，對(duì)消防救援也是一個(gè)考驗(yàn)，哪怕只是發(fā)生冒煙的情況，毒氣很大怎么救援，大家需要去考慮。不能為了提高集裝箱的使用率，把集裝箱堆滿電池，這會(huì)造成災(zāi)難性后果。
現(xiàn)在儲(chǔ)能用的更多的是磷酸鐵鋰電池，它的發(fā)煙量需要更多的關(guān)注，這種電池需要外部火源才可以起火。在儲(chǔ)能系統(tǒng)里面，這樣的風(fēng)險(xiǎn)是很高的。在我們的理念里面，一旦有一個(gè)電池發(fā)生了熱失控，這樣的儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)處于一個(gè)崩潰的邊緣。電池內(nèi)部出現(xiàn)火花的概率非常高。用外部的火源可以證明磷酸鐵鋰電池不是大家想象的那么安全，其本質(zhì)是不安全的。
簡(jiǎn)單的總結(jié)一下。首先，我們的電池是一個(gè)電化學(xué)的系統(tǒng)，一塊電池表面上很安靜，其實(shí)內(nèi)部可能正發(fā)生著劇烈的電化學(xué)反應(yīng)。它內(nèi)部的反應(yīng)可能會(huì)帶來副反應(yīng)，從而造成氣體火災(zāi)。氣體火災(zāi)有什么樣特點(diǎn)呢？集中在上部，哪里有氧氣，就往哪里著。還有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，從我們消防的角度講，我們的鋰離子電池本質(zhì)上是不安全的，把不安全的電池用在儲(chǔ)能系統(tǒng)里需要做安全的設(shè)計(jì)，安全的設(shè)計(jì)一定是在第一步的，去做這樣的安全設(shè)計(jì)才可以保障電池的安全。
我們現(xiàn)在看到的儲(chǔ)能電站有這樣一個(gè)消防系統(tǒng)，懸掛式的滅火系統(tǒng)，一個(gè)安全出口的標(biāo)志燈。我們認(rèn)為這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這只是一個(gè)最初級(jí)的要求。這樣一個(gè)懸掛式的滅火系統(tǒng)有用嗎？在中國山西的那一起電網(wǎng)側(cè)的儲(chǔ)能事故里，我們看到了這樣的系統(tǒng)完全不管用。我們的煙霧報(bào)警器管用嗎？有毒的氣體大部分的通過我們的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)，大部分的可見的氣體密度大，處于電池的下部，不可見的小分子化合物往上走，當(dāng)可見的那部分到達(dá)了煙霧報(bào)警器的時(shí)候太晚了。還有BMS系統(tǒng)，我們系統(tǒng)做的溫度監(jiān)控，只有檢測(cè)到熱失控那一塊電池的時(shí)候，才能進(jìn)行保護(hù)。這樣的監(jiān)測(cè)不起作用的，太慢了。什么樣的報(bào)警器合適呢？這里只能給大家分享一些原則。首先，你要做一個(gè)消防的系統(tǒng)，要明確你對(duì)事故的容忍度。大家都認(rèn)為核電站非常危險(xiǎn)，但是我們說非常安全，因?yàn)橛胁挥?jì)成本的投入。對(duì)儲(chǔ)能電池我們可以做到嗎？不能做到的情況下，什么樣的事故可以容忍，仔細(xì)思考這個(gè)問題，做所有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只有你把事故想清楚了，才可以把下一步做好。
這個(gè)是這兩天非常熱門的一個(gè)話題，這是一個(gè)真實(shí)的事故。地下車庫，這個(gè)車庫在上海的一個(gè)富人區(qū)，有非常完善的消防系統(tǒng)，但是在這樣的一起事故當(dāng)中，完全沒有作用，事故發(fā)生太快了。造成周邊連帶的損失。這樣的事故可以容忍嗎？目前條件下不能容忍，那怎么辦呢？因此我們講需要一個(gè)系統(tǒng)的解決方案，在設(shè)計(jì)之初就要開始的，從每一個(gè)電池系統(tǒng)內(nèi)部下手，比如說從模組跟模組之間的隔離開始，需要一點(diǎn)一點(diǎn)考慮火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，把火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)納入第一個(gè)要考慮的范圍。
這里面舉兩個(gè)大家最關(guān)心的，自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的例子，需要關(guān)注哪些條件：
第一個(gè)，就是明確自動(dòng)滅火功能的定位，在我們通過這么多年的研究發(fā)現(xiàn)，最開始做電動(dòng)汽車的自動(dòng)滅火裝置，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么問題？通過我的車載系統(tǒng)永遠(yuǎn)滅不了電動(dòng)汽車鋰離子電池的火災(zāi)。之前有很多的企業(yè)跟我講，可以把鋰離子電池的火滅掉，我們會(huì)說你吹牛，或者實(shí)驗(yàn)不符合，我們實(shí)驗(yàn)室是第三方的國家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)，我們是通過實(shí)驗(yàn)可以知道你做不到。我們要明確，自動(dòng)滅火裝置的功能與定位，在電動(dòng)汽車?yán)锩嫖覀円o出5分鐘的人員逃生時(shí)間，我讓火災(zāi)抑制住五分鐘，這就是我的目標(biāo)。儲(chǔ)能系統(tǒng)里面，自動(dòng)滅火裝置的作用是什么？大家要去明確，知道我為什么要做這個(gè)事。
第二個(gè)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)計(jì)相匹配。打一個(gè)簡(jiǎn)單的比方，這一間房子做消防系統(tǒng)，跟臥室做消防系統(tǒng)，會(huì)是一樣的消防系統(tǒng)嗎？一定不是的。在賓館的房間里面，水噴就可以解決問題。把這個(gè)話題引申到儲(chǔ)能系統(tǒng)也是一樣的，儲(chǔ)能內(nèi)部系統(tǒng)是不是匹配，做的防火隔離夠不夠。把一個(gè)模組作為一個(gè)防火單元來看待，還是把整個(gè)集裝箱作為一個(gè)防火單元，這是兩個(gè)概念。
第三個(gè)，早期的探測(cè)，滅火器可以抑制住火災(zāi)，乙烴用量永遠(yuǎn)是有限的，按照氣體規(guī)范要10秒之內(nèi)噴完，這個(gè)時(shí)候火接著起來就不起作用了。
第四個(gè)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的時(shí)候，大家都知道儲(chǔ)能系統(tǒng)很貴?？梢宰鲆粋€(gè)模型，模型設(shè)計(jì)的時(shí)候，提醒大家要選擇一個(gè)最不利的原則，在最不利的條件下做這個(gè)事，就是抽象模型的基礎(chǔ)。還要充分考慮爆炸、爆燃的影響。
對(duì)于內(nèi)部設(shè)計(jì)。其實(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)做了抽象，做了每一層隔離，現(xiàn)在有非常多的儲(chǔ)能系統(tǒng)，所有電池像貨架一樣放著，上下左右全是通的。在這樣的條件下，火一燒就起來的上下左右全都是，做了隔離會(huì)發(fā)現(xiàn)，火的影響會(huì)急劇降低，對(duì)上下左右的電池的影響都會(huì)降低，這樣一套系統(tǒng)可不可以作為參考，需要大家考慮的。
剛剛講的，選址平面布局防火分區(qū)，還有事故排煙。不管一小時(shí)換多少次，都是沒有用的，事故條件下排不走。還有防爆，一定要有的。還要考慮安全管理和應(yīng)急預(yù)案。真正發(fā)生事故，你的員工該怎么做。只有這樣，才能形成一個(gè)體系。
最后做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，在做消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要有系統(tǒng)化的思維，不是把別人拿過來就可以用的。要針對(duì)你自己儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還要有充分的驗(yàn)證，考慮最不利條件，多做兩次實(shí)驗(yàn)，才可以得到你想要的。最后要靠全行業(yè)的合力，很多的事故不要遮掩，沒有必要的，新興行業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中肯定會(huì)有一些事故，這是大家成功的經(jīng)驗(yàn)。謝謝大家！
