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消防討論:北京大火,儲能電站是怎么爆炸的?

416日,北京南四環(huán)一個儲能電站發(fā)生爆炸,2名正在滅火的消防員犧牲,1名消防員受傷,另有1名單位員工失聯(lián)。這事兒在消防圈、儲能圈引起了廣泛的討論,那么,儲能電站為什么會爆炸呢?

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1、為什么在家居市場里面有個(電化學(xué))儲能電站?

(1)電很重要。電的重要性大家都清楚,沒電,幾乎啥也干不成。但是長期以來,單位用的電,都是通過電線來的,如果電線那頭的發(fā)電廠出了問題、或者電線出了問題、或者電力供應(yīng)緊張的時候(舉個例子:最近,美國得州由于一股冷空氣正穿過該州,風(fēng)力和太陽能發(fā)電受到了限制,同時發(fā)電機(jī)組正停機(jī)進(jìn)行定期維修工作,電力供應(yīng)料出現(xiàn)緊張現(xiàn)象。結(jié)果呢,現(xiàn)貨電價(jià)一度飆漲逾3300%,在該州的某些地區(qū),電力批發(fā)價(jià)格上漲了10000%),那單位就沒電用了,事也辦不成了。

(2)電怎么能夠儲存起來。把電存起來,關(guān)鍵時候就能用得上,或者,能省錢。那怎么儲存電呢?其實(shí)有很多辦法,比如我以前工作過的地方有個抽水蓄能電站,就是在山上建個水庫,在山下再建個水庫,晚上用電少的時候,電費(fèi)便宜,這時候就用電網(wǎng)的電把山下的水抽到山上來,白天的時候,用電的單位多了,電不夠用了,電費(fèi)也貴了,就把山上的水排到山下去,這中間有個水力發(fā)電機(jī),排的過程就發(fā)電了。這個過程,就相當(dāng)于把電(變成水)儲存起來了。

(3)電化學(xué)儲能電站。用抽水來蓄能,這個辦法有很多制約,不是每個地方都能有山建水庫的。這就有了電化學(xué)儲能電站,也就是用可充電的電池儲存電能,這當(dāng)然是基于這些年來鋰電池技術(shù)的快速發(fā)展?,F(xiàn)在這事在全世界火得很,各國都在拼命研究,最近幾年上馬了很多項(xiàng)目。中國自然不甘落后,各個部門出臺了很多文件大力扶持,從2016年到20176月底,我國新增在建和投運(yùn)的電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.35GW,是2000年至2015年累計(jì)裝機(jī)規(guī)模的9.6倍,這兩年的發(fā)展速度更快。

(4)北京南四環(huán)這個,就是在這種背景下出來的。這個電化學(xué)儲能電站,20193月投入運(yùn)營,項(xiàng)目一期日售電能力超過4萬度,相當(dāng)于在城市中心建設(shè)了一個小型電廠?!霸擁?xiàng)目在全球范圍內(nèi)創(chuàng)造了四個應(yīng)用技術(shù)第一:用戶側(cè)最大規(guī)模儲能電站、城市中心最大規(guī)模充電站、第一個直流光儲充一體化項(xiàng)目、第一個區(qū)域直流增量配網(wǎng)項(xiàng)目?!睋?jù)“北京福威斯”微信公眾號介紹,該電站整個供電范圍主要包括集團(tuán)辦公區(qū)、大紅門商場、寶燕商城、華納影城、衛(wèi)人醫(yī)院、漢庭酒店、消防博物館、中石油加油站、比亞迪汽車4S店、北汽出租車換電站、鈺田緣餐飲酒店等,還供了很多電動汽車充電樁。



2、電化學(xué)儲能電站為啥會爆炸呢?

1)先看一下儲能電站的基本構(gòu)成和原理 


(2)主要的問題是電池。北京的這個電化學(xué)儲能電站建設(shè)有25MWh的磷酸鐵鋰電池儲能。鋰離子電池現(xiàn)在有兩種主流形式,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池,北京儲能電站使用的是磷酸鐵鋰電,安全性雖然相對更高,但依然會存在熱失控的現(xiàn)象(產(chǎn)品因素、環(huán)境因素、安裝因素,也有些電池本身是二手的,也就是動力電池退役后再次使用的)。當(dāng)磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貢r,電解液中會析出很多易燃易燃爆的氣體,比如一氧化碳、氫氣、乙烯、甲烷、乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯等,這些氣體與空氣混合形成了爆炸性混合物,遇火源即會發(fā)生劇烈爆炸。

(3)電化學(xué)儲能項(xiàng)目爆炸已經(jīng)有很多次了。據(jù)統(tǒng)計(jì),在過去的一年中全世界此類儲能電站發(fā)生火災(zāi)超過30起。2017年8月-2019年6月,韓國發(fā)生了23起鋰電池儲能項(xiàng)目的火災(zāi),就在今年4月6日下午,韓國又一光伏電站的儲能系統(tǒng)起火,共造成約4.4億韓元損失。其他各國包括我國的江蘇、北京都發(fā)生過儲能電站火災(zāi)。

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(今年4月6日,韓國)

2019419日,美國亞利桑那州發(fā)生電池儲能項(xiàng)目爆炸,導(dǎo)致4名消防員受傷,其中2名重傷,發(fā)生事故的時間節(jié)點(diǎn)如下: 

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爆炸的原因分析:按照設(shè)計(jì),當(dāng)滅火系統(tǒng)啟動時,空調(diào)會被關(guān)閉,從而使噴出的滅火氣體得以集中。當(dāng)集裝箱門被打開時,可燃混合物接觸到熱源(很可能是15號電池簇中余熱的電池),引起爆炸。 


3、消防員要注意些啥?

1)要認(rèn)識到電化學(xué)儲能電站火災(zāi)或故障時,隨時可能會爆炸。這個確實(shí)沒辦法,目前受技術(shù)制約,還沒有好的辦法不讓電池室發(fā)生爆炸(快速釋放的易燃?xì)怏w,空氣,火源都具備)。這個爆炸主要是混合氣體爆炸,所以,沒看到火,只看到煙(其實(shí)里面有很多就是混合爆炸氣體),也許會更加危險(xiǎn),這時候就差個火源,或就差些空氣了。

2)處置時要注意做好防爆準(zhǔn)備。在前往現(xiàn)場處置時,與電池室保持足夠的安全距離,防止爆炸傷亡。沒有十分把握的情況下,不得進(jìn)入電池室,不得打開有關(guān)的門或窗戶,防止給現(xiàn)場生成爆炸性氣體環(huán)境,或給現(xiàn)場提供點(diǎn)火源。同時,還要與儲能單位建立密切聯(lián)系,請他們切斷充電(從電網(wǎng)給電池的),從而確定是否能射水,避免盲目射水導(dǎo)致短路打火或其他意外事故。

3)應(yīng)進(jìn)一步研究事故處置流程。如何進(jìn)入現(xiàn)場,如何排除現(xiàn)場的煙氣和易燃易爆氣體(有無排風(fēng)機(jī)),如何防止點(diǎn)火源的產(chǎn)生,如何抑制電池的熱失控(向哪兒射水,一般來說是某塊電池或電池組先熱失控,如何能做到靶向射水,因?yàn)樯渌狡渌胤蕉紱]有啥用),以上這些均需要組織專業(yè)人員認(rèn)真研究。 

4、電化學(xué)儲能電站的消防安全應(yīng)引起更多的關(guān)注

1)這種電站正在快速增多。近年來,儲能已在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、分布式發(fā)電及微電網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前,我國已是全球最大電化學(xué)儲能的應(yīng)用市場,不少業(yè)內(nèi)人士表示,未來10年的下一個確定性藍(lán)海行業(yè)就是儲能市場。這也就是說,盡管有問題,但好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壞處,電化學(xué)儲能電站的發(fā)展勢不可擋。

2)儲能電站的消防措施要進(jìn)一步加強(qiáng)。電池室的防火設(shè)計(jì)(自動報(bào)警系統(tǒng)、防火間距,耐火等級,防爆設(shè)計(jì),排風(fēng)排煙,防火墻等)要充分考慮火災(zāi)、爆炸情形,最大限度地控制成災(zāi);滅火設(shè)施(氣體滅火、水滅火)要充分考慮滅火和抑爆,特別是當(dāng)前沒有很合用的滅火劑,既能滅火,又能控制復(fù)燃(熱失控),射水的話需要很大的水量和時間。

3)消防理念應(yīng)貫穿于儲能電站的全領(lǐng)域。電化學(xué)儲能電站的應(yīng)用領(lǐng)域在迅速擴(kuò)大,包括發(fā)電側(cè)、用電側(cè)的儲能場景越來越豐富,有火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域涉及到電池室、變電室(逆變器室)等多個部位,消防應(yīng)與專業(yè)領(lǐng)域人員結(jié)合,共同研究解決有可能存在的消防安全問題。

本次火災(zāi)和爆炸的原因仍然有待于官方調(diào)查,爆炸也有可能是電站內(nèi)其他設(shè)備(如變壓器)引起,但電池室的可能最大。本文僅作為旁觀者進(jìn)行了分析,不當(dāng)之處請指正。

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