荆门新港储能电站电池舱消防设计研究

白晓飞 余莎

摘要：荊门新港储能电站为国内首座电网侧大型构网型储能电站，采用预制舱式磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池凭借其低成本、高安全性、长寿命的自身优势在储能系统广泛应用，但热失控风险大，火灾隐患不容小觑。本文结合荆门新港储能电站工程实例论述了储能电站电池舱消防设计方案，为以后储能电站工程消防设计提供了借鉴。

关键词：新港储能电站；磷酸铁锂电池；预制舱；消防

一、荆门新港储能电站概况

随着国家双碳战略的提出，可再生能源占比不断提高，分布式电源大规模发展，但同时导致系统潮流分布状态变化更为频繁，未来新能源电力系统的安全稳定运行将面临巨大挑战。为推动新型电力系统建设和湖北电网转型发展，荆门沙洋县新港储能电站先行示范工程应时而生，该电站已于2023年11月完成消防验收，并于2023年12月17日全容量成功并网。作为国内首座电网侧大型构网型储能电站，为研究电网侧大型电化学储能的规划、建设、运维管理等技术积累经验，将加快推动建设新型能源体系，助力国家“双碳”目标落地。

新港储能电站建设规模50兆瓦/100兆瓦时，采用预制舱式磷酸铁锂电池，配置16座6.709MWh电池舱。磷酸铁锂电池凭借其低成本、高安全性、长寿命的自身优势在储能系统广泛应用，但热失控风险大，目前储能电站常见的安全因素有火灾、爆炸、中毒等，火灾是其中最典型的安全风险。近年来，储能电站火灾频发，火灾隐患不容小觑，而其消防措施研究尚不完善，现行相关设计标准也偏低。因此，储能电站电池舱消防措施是整个工程非常重要一环[1]。

二、储能电站消防设计标准规范

电化学储能系统消防相关的国内标准主要有如下：

《电化学储能电站设计规范》（GB51048-2014）发行时间较早，未能充分考虑储能电站的火灾防控风险，标准相对滞后，现该标准正在修编征求意见稿，尚未正式发布；针对国内储能电站市场的迅速发展，企标、团标陆续修订，2020年10月中国电力出版社出版《电化学储能电站典型设计》（国网江苏省电力有限公司经研院组编），2021年5月国家电网也针对电网侧储能电站发布文件《电网侧电化学储能电站消防提升措施》（试行），以上均为新港储能电站消防设计提供了依据。

三、电池预制舱消防系统设计方案

（一）电池预制舱消防措施

1.预制舱布置型式

本站储能系统采用预制舱式布置方式，按照T/CEC373-2020《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》规定，预制舱间短边方向不小于4m、长边方向3m，因本工程电池预制舱采用外维护方案，其长边、短边方向均有开门，根据规范并结合工程实际情况，本工程电池预制舱间距按3m考虑[2]。

根据电网侧电化学储能电站消防提升措施（试行）-国网设备部（2021年05）3.2.4条锂电池预制舱宜考虑分区布置，每个区域设备放电容量总和不宜超过30MWh。相邻分区之间的防火间距不应小于10m，防火间距不满足时，应设置防火墙。电池舱区中间设两道防火墙，防火墙宽度为15m，高度为4.5m，耐火极限不低于3h。

2.电池预制舱特性

新港储能电站储能电池预制舱采用40尺预制舱，容量为3.0MW/6.696MWh，共包含18面电柜、2个汇流柜、1个控制柜、水冷装置、消防系统、照明系统、监控系统等。舱内布局上对电池消防进行严格要求，电池柜背对背布置，最小隔离单元为9面电池柜，9面电柜之间以及电池柜与控制柜、水冷装置处均设置防火隔离墙，耐火极限不小于2个小时。舱体耐火等级不应低于二级，舱内的保温、铺地、装饰材料的燃烧性能等级均采用A级。

3.电池预制舱内火灾报警系统

根据T/CEC373-2020《预制能舱式磷酒铁锂电池储能电站消防技术规范》，电池舱内设置可燃气体探测器、感温感烟探测器，每种探测器不少于2个。电池舱内火灾子系统与电池BMS系统进行联动，当联动策略动作时，关闭空调、启动风机，跳开PCS断路器并启动自动灭火系统[3]。

4.电池预制舱内灭火系统

考虑电池的消防安全，除了优化锂电池本身的安全配置方面外，还配备必要的火灾报警设施和灭火设施，及时发现火情，把火灾消灭在初期阶段，防止火灾蔓延造成更大损失。本站使用七氟丙烷全淹没式气体固体消防和水喷淋消防组合，每个电池舱为独立的防护区。

（二）电池预制舱防爆措施

根据国网设备部《电网侧电化学储能电站消防提升措施》（试行）4.1.3条规定，电池预制舱设置独立的事故机械通风设施，且其空气不循环使用。机械通风应使用消防电源或不间断备用电源，排风、空调等设备采用防爆型。预制舱设置泄压装置，设在舱体2/3的高度，设置数量满足《气体灭火设计规范》[4]。

（三）消防给水系统

根据国网设备部《电网侧电化学储能电站消防提升措施》（试行）5.3条以及《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》（T/CEC373-2020）第4.7条规定，新港储能电站设置消防给水系统，含室外消火栓；户外消火栓宜采用地上式，消火栓的布置间距不大于60m，每个消火栓的保护半径不大于150m。

舱内自动水消防：根据《电力储能系统建设运行规范》（DB11∕T1893-2021）5.7.4.5：火灾危险性为甲、乙类的集装箱式储能系统，其电池布置区域应设置消防水泵接合器和浸没式水冷却装置，确保淹没储能单元或电池单元的时间不超过10min。

四、灭火系统对比分析

现阶段储能站灭火系统分为七氟丙烷、全氟己酮、细水雾、全淹没式水消防以及水喷淋系统。本站设计阶段对以上几种灭火系统也进行了详细对比分析，详见下表：

关于细水雾喷头布置到电池模组内产生的影响：本电站采用液冷设备，电池模组均为密封状态，若采用喷头到模组，前期电池厂家需要配合消防厂家对密封模组开口装喷头及通风口（排除水蒸气），该措施影响能量密度等电气性能指标[5]；新方案需重新设计冷却管路和电池架，模具设计实验周期长；经市场咨询调查，目前大部分厂家无法满足上述要求。

因七氟丙烷具有反应快速、灭火性能高且造价经济，但对热失控产生的二次复燃有一定隐患，故本电站电池预制舱采用七氟丙烷灭火及水喷淋消防相结合，能有效扑灭初期火灾及防止火灾复燃。

吸取北京某储能电站起火爆炸致2名消防人员牺牲的教训，本站将每个舱外支管总阀门设电动阀带手动开关，自动水消防系统可就地操作，也可经站级火灾报警系统实现远方手动及自动控制，大大提高了人员安全性。同时，亦能减少其他舱体误动作造成的损失。

本消防系统应遵循“预防为主、防消结合”的原则。电池本身质量控制：电池模组应充分考虑电芯散热、防火隔离。布局尽量减少电芯及电池簇的并联数量，提高散热效果及减少火灾蔓延[6]。

本站设置室内自动水消防系统，火灾报警主机可采用以下3种方式。手动允许、自动允许：手动可操作，在满足联动逻辑条件时自动联动输出；手动允许、自动禁止：手动可操作，自动不联动，但可设置联动对应的手动按键闪烁提示灯；手动禁止、自动允许：手动不可操作，在满足联动逻辑条件时自动联动输出。说明：手动操作时，控制器需要处于手动允許状态、输入正确密码时才能启动[7]。

结语

电化学储能电站是解决新能源消纳、增强电网稳定性的关键环节，但是不能忽视的一点就是储能电站与其他电站相比有更高的火灾危险。国内储能电站以预制舱式磷酸铁锂电池形式居多，新港储能电站就是其一。在本工程设计过程中，在满足国内最新标准规范的前提下，和电池厂家、消防厂家和火灾报警厂家多次沟通协调消防方案，结合近几年储能电站火灾事故原因，尽可能完善电池预制舱消防措施，减少因消防设计缺陷造成的经济损失和人员伤亡。随着储能电站持续发展和经验积累，相信不管是储能电池的安全性能还是储能电站的消防安全标准都会不断优化提高，为助力国家发展新型能源系统、实现双碳目标提供有力支撑[8]。

参考文献

[1]陈秉安.预制舱式磷酸铁锂电池储能系统安全性分析研究[J].消防科学与技术，2022，7（41）：997-1000.

[2]赵智兴.预制舱式锂离子电池储能电站气体爆炸特性研究[A].郑州大学，2021.

[3]赵洪强.磷酸铁锂电池储能预制舱消防给水设施及设计参数[J].中国给水排水，2022，38（18）：9.

[4]王雪.浅谈储能电站安全生产隐患[J].机电信息，2017（09）：112-113.

[5]李首顶，李艳，田杰，等.锂离子电池电力储能系统消防安全现状分析[J].储能科学与技术，2020，9（05）：1505-1516.

[6]卓萍，倪照鹏，杨凯，等.锂离子储能系统消防安全研究现状[J].消防科学与技术，2019，38（07）：1023-1027.

[7]朱江，张宏亮.锂电池储能系统火灾危险性及防范措施[J].武警学院学报，2018，34（12）：43-45.

[8]李小东.浅谈某电池装配车间消防设计[J].消防界（电子版），2018，4（23）：65-66.