数字储能网讯：5月24～26日，由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导，中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。
来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业，5417位嘉宾参加了本届大会，其中245家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。
5月25日上午，国网福建省电力有限公司电力科学研究院技术专责黄兴华受邀在储能安全与消防系统专场分享了主题报告，报告题目为《电化学储能系统热失控精准防护技术研究 》。以下是报告主要内容：
黄兴华：各位领导、各位专家，大家上午好！
我是来自国网福建省电力有限公司电力科学院的黄兴华，今天我汇报的题目叫做“电化学储能热失控精准防护技术研究”。这一方面的研究，我们结合课题组2019年以来所牵头的两个科技项目来开展，我今天汇报的主要内容，首先是简单介绍一下现有防护方案的不足，以此为基础介绍一下课题组所提出的精准防护方案。紧接着介绍一下在这个方案当中我们所采用的消防策略，最后再介绍一下相关的示范工程。
首先说一下现有的防护方案不足，当前存在的问题是锂离子电池目前没有危险化学品归类，也没有明确的火灾危险性分类。在去年年底的新国标42288发布之前，已有的防火设计规范没有给出相关防火灭火的技术要求。所以目前储能电站的设计还有施工建设当中仍然采用传统的纯淹没式的灭火方式，没有针对电池模组进行燃烧扑灭效果的验证，也没有有效的针对抑制复燃的措施。比如大家看到这个图上的储能电站，当一个电箱发生火灾的时候，由预制舱或者站房顶部的消防管路统一进行喷淋，进行淹没式消防。
这样存在的问题是不能重点针对着火的区域，灭火的效率比较低，事故的影响会比较大，事故造成的损失也会比较大，对环境的影响也比较大。针对现有的不足，接下来介绍一下课题组所提出的精准防护方案。
首先说一下总体的架构，总体架构分成两个层级，一个是电池箱的层级，一个是预制舱的层级，这里以预制舱为例，站房式的储能电站可以类推。左边这张图就是电池箱层级的消防方式，火探管伸入到电池箱的内部，布置在防爆阀的上方，对电池单元进行精确定点的灭火。右边是预制舱层级的消防方式，这个是传统的全淹没式的消防方案，作为第一个层级的后备。两个层级相互配合、相互联动，实现电池模组的精确灭火还有多层级的联动与后备。
首先说一下第一个层级电池箱，对于电池箱而言，内部的消防管路采用火探管的方案，火探管直接布置到每一个电池的防爆阀的上方，管路是采用低熔点的材料制成的，150度的熔点。当电芯发生热失控的时候，防爆阀开启，内部的消防管路会被熔化，内部的压力传感器也接受到信号，启动电池箱层级灭火，进行精确的灭火。在扑灭明火之后，会持续喷射复燃抑制剂，对电池进行抑制复燃，消防剂跟复燃抑制剂共用管路。
再说一下预制舱层级，预制舱层级作为后备的手段，当电池箱层级的消防不能将明火扑灭，或者出现复燃的时候，火灾会蔓延到预制舱，这个时候预制舱顶部会喷出消防剂进行灭火。
说一下两个消防层级之间的联动，首先当电芯发生热失控的时候，电芯产生的高温气体首先会熔化电池箱层级的火探管，管道的压力急剧下降，触发电池箱管路的消防。如果热失控进一步发展，产生的高温烟会从泄爆阀喷出，到达预制舱的内部，并被预制舱内部的传感器探测到，并且这个层级的消防会接收到前一个层级启动信号，从而触发预制舱层级七氟丙烷的消防，对整个预制舱进行消防。
在第二部分我们讲了整个消防的架构，分成两个部分，以及这两个部分之间的联动。下面第三部分精准防护策略，这部分主要是讲一下在电池箱消防层级，我们所采用的消防策略。主要讲一下我们采用什么样的灭火剂，并且怎么样使用灭火剂。
在这一节讨论的灭火剂指的是电池箱的灭火，预制舱层级的灭火是传统全淹没式方案，这里不进行讨论。现有文献当中也有很多针对锂离子火灾燃烧的相关试验，通过这些研究可以发现在灭火之后虽然锂离子电池的明火被扑灭，但是内部的化学反应还十分活跃，当温度上升到临界温度以上，还是会引发复燃，并且引发邻近电池发生连锁反应。
为了抑制复燃，就需要对电池进行持续的降温，所以防护策略的关键所在，一个就是要扑灭明火，一个是持续进行降温。根据前面所说的要扑灭明火，并且持续降温，这两个缺一不可的两个目标，根据这样一个目标，项目组寻找灭火剂。我们比对常见一些灭火剂的特点，初步考虑采用全氟己酮的方案，全氟己酮在灭火的过程当中会汽化，起到降温的作用，也会起到窒息的作用。并且通过中断燃烧的链式反应进行扑灭火灾。
对于全氟己酮的灭火效果，项目组进行了灭火的实验，梳理了在实验过程当中关键时间节点的实验现象。首先这种灭火剂在一开始可以扑灭电池的明火，但是在1035秒的时候，电池就发生了复燃，可以得到这样一个结论，这样一种灭火剂可以扑灭明火，但是大部分的全氟己酮汽化的过程当中，由于汽化，没有办法对电池进行持续的降温，所以电池仍然是存在复燃的风险。
由于全氟己酮存在这样一个缺陷，能够扑灭明火，但是它快速的汽化，没有办法做到持续降温，项目组继续寻找相关的灭火剂，我们还是从常用的灭火剂入手，比如说二氧化碳、氮气等、细水雾等灭火剂，他们降温的效果不错，但是也都存在一些缺陷。比如二氧化碳跟氮气由于在喷出的过程当中，由于急速冷冻的作用，会把消防管路给堵住。细水雾的降温效果比较好，但是它的耗水量比较大，扑救的时间比较长，并且比较难以做到去离子，存在导电的缺陷。由于存在这些缺陷，项目组继续寻找，通过调研发现，可以用于锂离子电池火灾扑灭的液体灭火剂，有RH01这样一种灭火剂。RH01是项目组自研的高分子聚合物，有低表面张力、抗氧化、抗腐蚀、不燃、无毒、高温稳定的优良性能，并且可以对电池进行持续的降温。
这里最看重的特点是高温稳定，并且可以对电池进行降温。但是它也是有缺陷，具有粘性，它的喷射效果不太好，是近似于以漫灌的方式流入到电池箱当中。对于RH01这种灭火剂，我们项目组也是进行了相关的灭火实验，也是梳理了实验当中的一些现象，可以看到它可以扑灭明火，也可以降低电池的温度，起到抑制复燃的效果。
可以得到这样一个结论，这样一种灭火剂可以对电池持续降温、抑制复燃，但是它本身具有粘性，进入电箱的速度比较慢，不适合应对突发明火。有时候锂电池的火灾发展非常迅速，这个灭火剂进入电箱的速度比较慢，相对来说不太适合应对突发的明火。
到这里我们项目组通过前面两组实验可以初步得出这样一个结论，首先是全氟己酮可以扑灭电池的明火，但是不能对电池进行降温，再就是RH01灭火剂可以对电池进行持续降温，但是存在粘性，不适合应对突发明火。到这里项目组考虑综合利用这两种灭火剂，让这两种灭火剂配合，实现优势互补的效果。如何优势互补？同样存在两种方案，一种是两种灭火剂同时喷的方案，再来是先喷射全氟己酮来扑灭电池明火，再喷射RH01对电池进行持续降温。首先考虑同时喷的话，这种方案其实不可行，因为RH01具有粘性，它的喷射效果会比较差，近似以漫灌的方式来进入到电池箱当中。由于管路共用，如果你是同时喷的话，压力大的会先喷出，因此也是一前一后的方式喷出。我们考虑第二种共用的方案，先喷射全氟己酮来扑灭电池的明火，再喷射RH01对电池进行降温，对于这个方案，项目组也是进行了相关的实验，可以得到这样一个结论。先喷射气体灭火剂，就是全氟己酮这样的灭火剂来扑灭电池的明火，再喷射复燃抑制剂RH01对电池进行持续降温，可以起到抑制复燃的作用。
以上是整体消防的架构方案，以及我们在精准防护层级当中所采用的消防策略，下面讲一下相关的示范工程。这一项热失控精准防护技术在福建某海岛微电网当中的1MW/2MWh储能系统中进行示范应用，在2021年投运。这个微电网在建设之初，是为了提高当地的供电可靠性，并且消纳当地的新能源，微电网当中配置了这么一套储能，我们的项目技术就在这套储能系统当中进行示范应用。
这一套储能系统的电箱级别的消防技术，以及PPT当中没有讲到的液冷热管理技术，都是在国内储能系统当中首次采用，这里给出了现场一些图片，包括左边火探管的图片和右边消防罐的图片。另外热失控精准防护技术也在2022年5月份，在福建某景区的微电网当中一套630kW/709kWh的一套小储能当中得到了示范应用。这一套小储能也是采用两级消防架构，电箱层级之上有预制舱的层级作为一个后备，也是两级的消防架构。
以上是我今天汇报的全部内容，我主要介绍我们课题组在针对已有防护方案的不足基础上提出的精确消防方案，并且在精确防护的方案当中所采用的灭火策略，最后介绍一下相关的示范工程，谢谢。
来源：中国储能网
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