近年來，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的消防安全問題備受關(guān)注。盡管相對三元鋰等電池，磷酸鐵鋰電池的熱失控風(fēng)險(xiǎn)較低，但其僅僅是相對安全，并非絕對安全，而安全問題追求“萬無一失”。
磷酸鐵鋰電池由于其化學(xué)燃燒反應(yīng)機(jī)理，具有高度的復(fù)雜性，技術(shù)難度很大，特別是如何抑制電池的復(fù)燃是行業(yè)的難點(diǎn)，國內(nèi)外也尚未有絕對行之有效的消防手段。
由于滅火的難度困擾，消防安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)缺失是困擾行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)，特別是工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、消防驗(yàn)收等環(huán)節(jié)缺乏參照的依據(jù)，造成一定的“無序化”和安全風(fēng)險(xiǎn)。
鋰電池儲(chǔ)能行業(yè)目前普遍采用“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的理念，抑制電池火災(zāi)發(fā)生的概率是重中之重。針對電池?zé)崾Э睾蟀l(fā)生的火災(zāi)，行業(yè)普遍采用七氟丙烷、全氟己酮、細(xì)水霧、氣溶膠等消防介質(zhì)來抑制電池火災(zāi)，同時(shí)采用水消防作為保底兜底的手段。
國標(biāo)《電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全規(guī)程》(以下簡稱“安全國標(biāo)”)的發(fā)布引發(fā)行業(yè)的普遍關(guān)注，其滅火介質(zhì)和消防配置方式備受關(guān)注，據(jù)了解，安全國標(biāo)尚未提出具體的滅火介質(zhì)要求，僅提出需要撲滅火災(zāi)和持續(xù)抑制復(fù)燃。對于消防配置方案，安全國標(biāo)提出電池室自動(dòng)滅火系統(tǒng)宜為電池模塊，每個(gè)電池模塊可單獨(dú)配置滅火介質(zhì)噴頭或探火管。
盡管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍未對消防介質(zhì)提出具體要求，但不可否認(rèn)，安全國標(biāo)的發(fā)布對規(guī)范和指引磷酸鐵鋰電池消防安全的配置提供了主要參照，對后期工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和消防驗(yàn)收等環(huán)節(jié)提供重要依據(jù)，對促進(jìn)鋰電池儲(chǔ)能電站的整體安全具有重要意義。
通過研究電池火災(zāi)的熱失控機(jī)理，單體電池由于外部過熱、過充、過放、撞擊、擠壓、短路等外部因素或自身制造缺陷誘發(fā)電池?zé)崾Э睾螅姵貎?nèi)部溫度迅速升高，電池內(nèi)部發(fā)生SEI膜分解、電極材料分解等反應(yīng)，釋放出H2、CO、烷烴類等可燃助燃?xì)怏w，最終誘發(fā)著火甚至爆炸。
同時(shí)，由于儲(chǔ)能單元由大量的單體電池串并聯(lián)而成，而熱失控一般由單體電池?zé)崾Э貙?dǎo)致火災(zāi)后逐步擴(kuò)大，當(dāng)單體電池發(fā)生熱失控時(shí)，通過電池表面的熱傳導(dǎo)將熱量向周邊電池傳遞，進(jìn)而引發(fā)周邊電池的火災(zāi)，造成事故范圍擴(kuò)大。
通過觀察鋰電池的熱失控機(jī)理，可以看出，防微杜漸，如何在單體電池?zé)崾Э卦缙谧R(shí)別熱失控發(fā)生并抑制事故蔓延是重要環(huán)節(jié)，結(jié)合安全國標(biāo)的要求，采取模塊級自動(dòng)滅火方案可以有效提升儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全水平。
一般來說，模塊級滅火方案是以電池模塊為單位，配置可燃?xì)怏w探測器和滅火介質(zhì)噴頭。通過可燃?xì)怏w探測器、溫度傳感器結(jié)合電池管理系統(tǒng)識(shí)別電池的早期熱失控狀態(tài)，在單體電池?zé)崾Э睾?，通過電池模塊配置的滅火介質(zhì)噴頭噴灑滅火介質(zhì)，阻止火災(zāi)的蔓延。
模塊級滅火方案由于在電池模塊內(nèi)配置相關(guān)探測器和滅火介質(zhì)噴頭，對儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提出考驗(yàn)，特別是液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于電池模塊具有高防護(hù)等級和高集成密度的特點(diǎn)，行業(yè)部分廠家儲(chǔ)能產(chǎn)品尚不滿足模塊級滅火的要求。
同時(shí)，模塊級消防成本較高，特別是配合目前廣泛采用的全氟己酮滅火介質(zhì)，造成儲(chǔ)能設(shè)備的成本急劇增加。據(jù)了解，單個(gè)儲(chǔ)能電池艙若采用全氟己酮模塊級消防方案，成本在20-30萬元左右，相對七氟丙烷全淹沒3萬左右的成本，以一座100MW/200MWh儲(chǔ)能電站為例，儲(chǔ)能設(shè)備的采購成本增加千萬左右，同時(shí)后期維護(hù)成本也有一定的增加，在目前行業(yè)低價(jià)中標(biāo)、盈利手段缺失的大背景下，對儲(chǔ)能電站的建設(shè)和運(yùn)營成本帶來不小的挑戰(zhàn)。
采取行之有效的消防手段突破鋰離子電池儲(chǔ)能的安全問題是其技術(shù)路線能否可持續(xù)長久發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，針對鋰電池儲(chǔ)能的熱失控機(jī)理在事故早期識(shí)別并采取有效的預(yù)警和聯(lián)動(dòng)措施，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)快速精準(zhǔn)撲滅火災(zāi)并防止復(fù)燃，通過建立多重防線保障鋰離子電池儲(chǔ)能電站的安全水平。
作者：禾木 來源：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)產(chǎn)業(yè)政策研究中心
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