消防討論:北京大火,儲能電站是怎么爆炸的?
4月16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?
1、為什么在家居市場里面有個(電化學)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,風力和太陽能發(fā)電受到了限制,同時發(fā)電機組正停機進行定期維修工作,電力供應料出現(xiàn)緊張現(xiàn)象。結(jié)果呢,現(xiàn)貨電價一度飆漲逾3300%,在該州的某些地區(qū),電力批發(fā)價格上漲了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,排的過程就發(fā)電了。這個過程,就相當于把電(變成水)儲存起來了。
(3)電化學儲能電站。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。這就有了電化學儲能電站,也就是用可充電的電池儲存電能,這當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2017年6月底,我國新增在建和投運的電化學儲能裝機規(guī)模達到1.35GW,是2000年至2015年累計裝機規(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。這個電化學儲能電站,2019年3月投入運營,項目一期日售電能力超過4萬度,相當于在城市中心建設了一個小型電廠?!霸擁椖吭谌蚍秶鷥?nèi)創(chuàng)造了四個應用技術(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目、第一個區(qū)域直流增量配網(wǎng)項目。”據(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。北京的這個電化學儲能電站建設有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)。當磷酸鐵鋰電池熱失控時,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)電化學儲能項目爆炸已經(jīng)有很多次了。據(jù)統(tǒng)計,在過去的一年中全世界此類儲能電站發(fā)生火災超過30起。2017年8月-2019年6月,韓國發(fā)生了23起鋰電池儲能項目的火災,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。
(今年4月6日,韓國)
2019年4月19日,美國亞利桑那州發(fā)生電池儲能項目爆炸,導致4名消防員受傷,其中2名重傷,發(fā)生事故的時間節(jié)點如下:
爆炸的原因分析:按照設計,當滅火系統(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)要認識到電化學儲能電站火災或故障時,隨時可能會爆炸。這個確實沒辦法,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(快速釋放的易燃氣體,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(其實里面有很多就是混合爆炸氣體),也許會更加危險,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,避免盲目射水導致短路打火或其他意外事故。
(3)應進一步研究事故處置流程。如何進入現(xiàn)場,如何排除現(xiàn)場的煙氣和易燃易爆氣體(有無排風機),如何防止點火源的產(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,因為射水到其他地方都沒有啥用),以上這些均需要組織專業(yè)人員認真研究。
4、電化學儲能電站的消防安全應引起更多的關(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)領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。目前,我國已是全球最大電化學儲能的應用市場,不少業(yè)內(nèi)人士表示,未來10年的下一個確定性藍海行業(yè)就是儲能市場。這也就是說,盡管有問題,但好處遠遠大于壞處,電化學儲能電站的發(fā)展勢不可擋。
(2)儲能電站的消防措施要進一步加強。電池室的防火設計(自動報警系統(tǒng)、防火間距,耐火等級,防爆設計,排風排煙,防火墻等)要充分考慮火災、爆炸情形,最大限度地控制成災;滅火設施(氣體滅火、水滅火)要充分考慮滅火和抑爆,特別是當前沒有很合用的滅火劑,既能滅火,又能控制復燃(熱失控),射水的話需要很大的水量和時間。
(3)消防理念應貫穿于儲能電站的全領域。電化學儲能電站的應用領域在迅速擴大,包括發(fā)電側(cè)、用電側(cè)的儲能場景越來越豐富,有火災爆炸風險的區(qū)域涉及到電池室、變電室(逆變器室)等多個部位,消防應與專業(yè)領域人員結(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行了分析,不當之處請指正。