中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“國際儲能市場與政策專場”，應(yīng)急管理部上海消防研究所黃昊在會上分享了主題報告《鋰離子電池儲能消防安全探討》，以下為演講實錄：
黃昊：大家下午好！今天主要跟大家分享從2013年起我們在鋰離子電池消防安全方面取得的一些進展，還有在儲能方面我們的一些思考。
今天演講開始之后，請大家看一些視頻，這些可以給大家看，給大家看的意思是什么？會看到這些都是鋰離子電池的事故，非常迅速，會發(fā)生一個爆燃的過程，這是鋰離子工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中產(chǎn)生的事故，然后報警了，消防到場，到場的時候發(fā)現(xiàn)什么問題？炸的，這是我們面臨的最重要的問題，鋰離子電池造成的爆炸的事故。我們講鋰離子電池會發(fā)生燃燒或者爆炸，但是燃燒跟爆炸是兩個概念的事情，在消防里面有一個原則，在消防設(shè)計當(dāng)中要面對最不利的風(fēng)險就是爆炸。我們現(xiàn)在設(shè)計可以做到嗎？我們接著往下看。
今天首先講一下我們目前是什么樣的設(shè)計。大家都很清楚，韓國和中國都發(fā)生了一些鋰離子電池的事故，剛剛也有專家進行了展示，像中間這個圖中的集裝箱變成了一個胖子，炸了，發(fā)生的劇烈的爆炸，這樣的事故在我們的現(xiàn)實儲能系統(tǒng)中已經(jīng)真實的發(fā)生了，我們要做的是什么？去正視這樣的風(fēng)險，不是一味的回避.在我的工作中間經(jīng)常會聽到很多儲能系統(tǒng)商會跟我們講電池很安全，電池不會炸。是這樣嗎？可能您的電池設(shè)計的相對比較好，有一定的安全系數(shù)，但是在事故條件下，您的電池會怎么樣，我不敢保證，我們就從事故當(dāng)中去分析去總結(jié)經(jīng)驗.
這是另外一起事故，去看一個俯視圖，從這個圖上，會看到儲能系統(tǒng)密密麻麻，它占地非常小，小了之后造成了集裝箱之間的距離非常的小，就是像剛剛講的，有一個平面布局的問題。我們講消防救援是最后一道防線，為消防救援帶來了非常大的困難，在這樣的事故當(dāng)中，消防員沒有辦法就近的撲救，整個集裝箱的系統(tǒng)設(shè)計的非常密有很多的風(fēng)險。這個抬架有一定的高度，系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中應(yīng)該注意這些問題。
如何來做我們儲能系統(tǒng)的消防安全。有這么一些方面，首先設(shè)計可不可以做到安全還有標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池設(shè)計方面有欠缺的，從安全角度設(shè)計儲能的標(biāo)準(zhǔn)，要努力去干。還有消防系統(tǒng)，大家都在說有一些消防系統(tǒng)，在一個集裝箱內(nèi)裝一個懸掛系統(tǒng)，這就是我們說的消防系統(tǒng)嗎？我們認(rèn)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，那你只是一個自動滅火的裝置，我們消防系統(tǒng)是一個系統(tǒng)，包括火災(zāi)報警自動滅火，火災(zāi)，爆炸的泄爆，這才是一個系統(tǒng)，我們現(xiàn)在的考慮不夠。
接著是安全管理，其實這個會被更多人所忽視，消防非常大的一部分來自于管理，你有再好的設(shè)計，沒有之后的運營維護去落實這些設(shè)計，就是歸結(jié)于零，現(xiàn)在管理有嗎？幾乎很少可以看到，所有這些都處于一個未知的狀態(tài)，造成這個狀態(tài)的根源是什么？我們講鋰離子電池，對它的安全性近些年來一直被大家所提及，但是真正去研究，在事故條件下，鋰離子電池是一個什么樣的狀態(tài)的人不多，大家都在做什么？通過認(rèn)證、通過測試，其實我們認(rèn)為這是兩回事，這只是一個我可以做的。就是現(xiàn)在大家在做的這些事，是一個正常條件，我正常使用下會是安全的，事故條件下會是這樣嗎？我們認(rèn)為不是，所以這樣的一些測試要超越我們的一些認(rèn)證、一些標(biāo)準(zhǔn)的測試，去更深一步考慮事故條件下去做，這是我們儲能消防安全的設(shè)計基礎(chǔ)。
接下來給大家介紹一下鋰離子電池的火災(zāi)的一些特性。首先列了兩項標(biāo)準(zhǔn)，第一個是危險貨物品名表，也是從英文標(biāo)準(zhǔn)里面引用過來的標(biāo)準(zhǔn)。大家會看到鋰離子電池屬于危險品，只不過屬于第九項，就是說火災(zāi)危險特性不明確而已，還有看我們的國家的建筑設(shè)計防火規(guī)范，在這份規(guī)范里面沒有明確鋰離子電池屬于哪一類的危險。前兩天在國網(wǎng)開會時還有非常多的人在講，我的儲能系統(tǒng)用的戊類建筑，屬于非燃燒物品。鋰離子電池不是的有爆炸的風(fēng)險嗎？我們看甲類乙類都有爆炸的風(fēng)險，當(dāng)然現(xiàn)在我們國家對于鋰離子電池的火災(zāi)危險特性沒有明確的定義，大家會按自己認(rèn)為的類別。我們國內(nèi)的管理部門也沒有明確的定義，這樣的條件下我們建議是盡可能的往上靠，往下靠對自己沒有保障。在正常情況下，電池會發(fā)生一些電化學(xué)反應(yīng)，勢必會產(chǎn)熱，溫度高到一定程度，會讓電池進入一種自加熱狀態(tài)，這就是熱失控的開始，電池里的電解液有大量的可燃物，這些可燃物在熱的條件下逸散，形成可燃的氣體，就是爆炸風(fēng)險的來源。
這是我們實驗室做的兩個測試，我們模擬了這樣相對密閉的系統(tǒng)。在一個相對密閉的空間，在一定的條件下電池會處于一種爆燃的狀態(tài)，這種爆燃會產(chǎn)生沖擊波頂開上蓋、沖破窗口，還會形成火災(zāi)的快速蔓延。因此，儲能系統(tǒng)的設(shè)計要以能應(yīng)對這樣的風(fēng)險為基礎(chǔ)，而不是說以穩(wěn)定燃燒的狀態(tài)為基礎(chǔ)，這是對于一個儲能系統(tǒng)設(shè)計的核心理念。
接著我們看在電池?zé)崾Э剡^程當(dāng)中會釋放出哪些氣體。我們做了一些總結(jié)。當(dāng)然這還不是全部的分析，只是做了一些我們覺得一定會有的兩類。一類是可燃的，另一類是有毒的。它們有什么特點呢？揮發(fā)很快，爆炸的風(fēng)險很高。有毒氣體也需要關(guān)注，一旦發(fā)生了熱失控對我們的環(huán)境也是一個很大的影響，對消防救援也是一個考驗，哪怕只是發(fā)生冒煙的情況，毒氣很大怎么救援，大家需要去考慮。不能為了提高集裝箱的使用率，把集裝箱堆滿電池，這會造成災(zāi)難性后果。
現(xiàn)在儲能用的更多的是磷酸鐵鋰電池，它的發(fā)煙量需要更多的關(guān)注，這種電池需要外部火源才可以起火。在儲能系統(tǒng)里面，這樣的風(fēng)險是很高的。在我們的理念里面，一旦有一個電池發(fā)生了熱失控，這樣的儲能系統(tǒng)已經(jīng)處于一個崩潰的邊緣。電池內(nèi)部出現(xiàn)火花的概率非常高。用外部的火源可以證明磷酸鐵鋰電池不是大家想象的那么安全，其本質(zhì)是不安全的。
簡單的總結(jié)一下。首先，我們的電池是一個電化學(xué)的系統(tǒng)，一塊電池表面上很安靜，其實內(nèi)部可能正發(fā)生著劇烈的電化學(xué)反應(yīng)。它內(nèi)部的反應(yīng)可能會帶來副反應(yīng)，從而造成氣體火災(zāi)。氣體火災(zāi)有什么樣特點呢？集中在上部，哪里有氧氣，就往哪里著。還有爆炸的風(fēng)險，從我們消防的角度講，我們的鋰離子電池本質(zhì)上是不安全的，把不安全的電池用在儲能系統(tǒng)里需要做安全的設(shè)計，安全的設(shè)計一定是在第一步的，去做這樣的安全設(shè)計才可以保障電池的安全。
我們現(xiàn)在看到的儲能電站有這樣一個消防系統(tǒng)，懸掛式的滅火系統(tǒng)，一個安全出口的標(biāo)志燈。我們認(rèn)為這些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這只是一個最初級的要求。這樣一個懸掛式的滅火系統(tǒng)有用嗎？在中國山西的那一起電網(wǎng)側(cè)的儲能事故里，我們看到了這樣的系統(tǒng)完全不管用。我們的煙霧報警器管用嗎？有毒的氣體大部分的通過我們的實驗才發(fā)現(xiàn)，大部分的可見的氣體密度大，處于電池的下部，不可見的小分子化合物往上走，當(dāng)可見的那部分到達(dá)了煙霧報警器的時候太晚了。還有BMS系統(tǒng)，我們系統(tǒng)做的溫度監(jiān)控，只有檢測到熱失控那一塊電池的時候，才能進行保護。這樣的監(jiān)測不起作用的，太慢了。什么樣的報警器合適呢？這里只能給大家分享一些原則。首先，你要做一個消防的系統(tǒng)，要明確你對事故的容忍度。大家都認(rèn)為核電站非常危險，但是我們說非常安全，因為有不計成本的投入。對儲能電池我們可以做到嗎？不能做到的情況下，什么樣的事故可以容忍，仔細(xì)思考這個問題，做所有設(shè)計的基礎(chǔ)，只有你把事故想清楚了，才可以把下一步做好。
這個是這兩天非常熱門的一個話題，這是一個真實的事故。地下車庫，這個車庫在上海的一個富人區(qū)，有非常完善的消防系統(tǒng)，但是在這樣的一起事故當(dāng)中，完全沒有作用，事故發(fā)生太快了。造成周邊連帶的損失。這樣的事故可以容忍嗎？目前條件下不能容忍，那怎么辦呢？因此我們講需要一個系統(tǒng)的解決方案，在設(shè)計之初就要開始的，從每一個電池系統(tǒng)內(nèi)部下手，比如說從模組跟模組之間的隔離開始，需要一點一點考慮火災(zāi)的風(fēng)險，把火災(zāi)的風(fēng)險納入第一個要考慮的范圍。
這里面舉兩個大家最關(guān)心的，自動滅火系統(tǒng)設(shè)計的例子，需要關(guān)注哪些條件：
第一個，就是明確自動滅火功能的定位，在我們通過這么多年的研究發(fā)現(xiàn)，最開始做電動汽車的自動滅火裝置，會發(fā)現(xiàn)什么問題？通過我的車載系統(tǒng)永遠(yuǎn)滅不了電動汽車鋰離子電池的火災(zāi)。之前有很多的企業(yè)跟我講，可以把鋰離子電池的火滅掉，我們會說你吹牛，或者實驗不符合，我們實驗室是第三方的國家級的研究機構(gòu)，我們是通過實驗可以知道你做不到。我們要明確，自動滅火裝置的功能與定位，在電動汽車?yán)锩嫖覀円o出5分鐘的人員逃生時間，我讓火災(zāi)抑制住五分鐘，這就是我的目標(biāo)。儲能系統(tǒng)里面，自動滅火裝置的作用是什么？大家要去明確，知道我為什么要做這個事。
第二個，與儲能系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)計相匹配。打一個簡單的比方，這一間房子做消防系統(tǒng)，跟臥室做消防系統(tǒng)，會是一樣的消防系統(tǒng)嗎？一定不是的。在賓館的房間里面，水噴就可以解決問題。把這個話題引申到儲能系統(tǒng)也是一樣的，儲能內(nèi)部系統(tǒng)是不是匹配，做的防火隔離夠不夠。把一個模組作為一個防火單元來看待，還是把整個集裝箱作為一個防火單元，這是兩個概念。
第三個，早期的探測，滅火器可以抑制住火災(zāi)，乙烴用量永遠(yuǎn)是有限的，按照氣體規(guī)范要10秒之內(nèi)噴完，這個時候火接著起來就不起作用了。
第四個，我們在設(shè)計實驗方案的時候，大家都知道儲能系統(tǒng)很貴?？梢宰鲆粋€模型，模型設(shè)計的時候，提醒大家要選擇一個最不利的原則，在最不利的條件下做這個事，就是抽象模型的基礎(chǔ)。還要充分考慮爆炸、爆燃的影響。
對于內(nèi)部設(shè)計。其實我們設(shè)計時做了抽象，做了每一層隔離，現(xiàn)在有非常多的儲能系統(tǒng)，所有電池像貨架一樣放著，上下左右全是通的。在這樣的條件下，火一燒就起來的上下左右全都是，做了隔離會發(fā)現(xiàn)，火的影響會急劇降低，對上下左右的電池的影響都會降低，這樣一套系統(tǒng)可不可以作為參考，需要大家考慮的。
剛剛講的，選址平面布局防火分區(qū)，還有事故排煙。不管一小時換多少次，都是沒有用的，事故條件下排不走。還有防爆，一定要有的。還要考慮安全管理和應(yīng)急預(yù)案。真正發(fā)生事故，你的員工該怎么做。只有這樣，才能形成一個體系。
最后做一個簡單的總結(jié)，在做消防系統(tǒng)設(shè)計的時候，要有系統(tǒng)化的思維，不是把別人拿過來就可以用的。要針對你自己儲能系統(tǒng)設(shè)計，還要有充分的驗證，考慮最不利條件，多做兩次實驗，才可以得到你想要的。最后要靠全行業(yè)的合力，很多的事故不要遮掩，沒有必要的，新興行業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中肯定會有一些事故，這是大家成功的經(jīng)驗。謝謝大家！
