电化学储能消防设计要求

1.政策对储能消防的要求

随着电化学储能装置的安装数量的增加,储能安全事故也不断出现,针对储能的消防各地也不断出台一些政策,加强储能消防安全的建设和管控。

(1)《浙江省新型储能项目管理办法(试行)》(浙能源〔2024〕6号)

额定功率低于5 兆瓦的用户侧新型储能不纳入规模管控。电源侧、电网侧以及额定功率5兆瓦及以上的用户 侧新型储能项目须纳入年度建设计划管理。在申请纳入年度建设计划前,应委托具备资质的工程设计和咨询单位开展可行性研究,并就电网接入方案对接咨询电网企业意见。

新型储能项目完成备案后,应按要求完成项目安全评价和消防安全方案评审,在办理法律法规要求的其他相关审批手续后及时开工建设。承担项目设计、咨询、施工和监理的单位应具有国家规定的相应资质。

(2)《新型储能项目管理规范(暂行)》(国能发科技规〔2021〕47号)

新型储能项目的建设应符合相关管理规定和 标准规范要求,承担项目设计、咨询、施工和监理的单位应具有国家规定的相应资质。

新型储能项目主要设备应满足相关标准规范要求,通过具有相应资质机构的检测认证,涉网设备应符合电网安全运行相关技术要求

(3)《关于加强电化学储能电站安全管理的通知》(国能综通安全〔2022〕37号)

加强设计审查:应当委托具备相应资质的设计单位开展设计工作,并组织开展设计审查。设计文件应符合有关法律法规、国家(行业)标准,安全设施的配置应满足工程施工和运行维护安全需求。要按照档案管理规定保存好全过程的档案资料。

严格施工验收:电化学储能电站投产前,要组织开展工程竣工验收,应当按照国家相关规定办理工程质量监督手续,通过电站消防验收。

(4)《电力建设工程质量监督管理暂行规定》(国能发安全规〔2023〕43号) 

规模以下且装机容量6MW及以上发电建设工程,规模以下且功率5MW及以上的新能源储能电站工程,采取抽查和并网前阶段性质量监督检查相结合的方式进行质量监督。

(5)关于做好我市电化学储能电站建设工程消防设计审查验收管理工作的通知(杭州)(2024.7)

新建、扩建或改建的功率为500千瓦且容量为500千瓦时及以上的电化学储能电站建设工程,不适用于移动式电化学储能电站。

特殊建设工程需进行消防设计审查、消防验收(特殊建设工程指:一些大型的场馆、人员密集场所、特殊建筑等,一般涉及不到储能设施。);属于其他建设工程的,实行备案抽查制度。

项目设计:委托具有国家规定相应资质的单位,根据《电化学储能电站设计规范》及国家有关工程建设技术标准进行设计。

技术审查:具有相应能力的施工图审查机构按照《浙江省建设工程消防设计审查工作指南》等有关规定开展技术审查,出具审查合格的《建设工程施工图设计文件消防技术审查意见书》《建设工程消防设计技术审查要点记录汇总表》等。发改部门出具《电化学储能电站建设工程消防设计技术审查意见书》

消防设计审查:属于特殊建设工程的,建设单位应向建设主管部门申请办理消防设计审查,消防设计审查实行技术审查与行政许可相分离。建设单位提交的申请材料齐全、符合法定形式的,建设主管部门出具《建设工程消防设计审查意见书》。

消防验收(备案抽查):竣工验收阶段,建设单位应同步组织开展消防查验,及时申请办理消防验收(备案抽查)。属于特殊建设工程的,建设单位应在竣工验收合格后,向建设主管部门申请消防验收。建设主管部门组织或委托第三方技术机构对建设工程开展进行现场评定,按规定出具《建设工程消防验收意见书》。属于其他建设工程的,竣工验收合格之日起5个工作日内,建设单位向建设主管部门申请消防验收备案。建设主管部门出具《建设工程消防验收备案凭证》,并根据省建设厅明确的抽取比例随机抽取检查对象。

2.预制舱消防设计要求

2.1自动灭火装置

预制舱(储能设备)需要配置细水雾灭火系统与气体(一般为六氟丙烷、全氟己酮等)灭火装置。

细水雾与气体灭火系统二者是与的关系,二者均要配置。

行业标准要求,当采用细水雾灭火系统时,除符合GB50898的规定,还应符合下列要求

a)灭火系统参数应根据模块级磷酸铁锂电池火灾模拟实验确定;

b)应采用局部应用开式系统;

c)一个喷头保护一个电池模块,雾滴分布应全覆盖模块内部;

d)电池模块外壳应专门设计,确保细水雾有效喷射空间且水雾溢出率不应低于25%;

e)灭火系统应具有自动、手动、现场机械启动方式和远程应急启动方式。

f)应考虑施工、爆炸等舱体变形导致灭火系统管路受损因素,增加防变形技术措施;

g)灭火系统组件应符合GA1149规定。

固定自动灭火系统的启动应根据先断电、后灭火的原则,先行断开变流器断路器与簇级继电器后,方可启动自动灭火系统进行灭火.
 但其它标准中没有对细水雾灭火到电池模块有详细要求,但有提出要灭火到PACK,目前大多都是将气体灭火系统设置到PACK级灭火,细水雾系统为舱级灭火,同样符合规范要求

3.2 火灾自动报警及其联动系统的要求

预制舱式储能电站内电池舱与其他功能区域的火灾报警及其联动控制宜分开设置。

火灾报警及其联动控制系统宜设置在消防设备舱(室)内,或设置在二次设备舱(室)。当设置在二次设备舱(室)时,消防控制设备区域宜与其他设备区域分开布置。

预制舱内应设置可燃气体、感烟、感温探头,且分别设置不少于2个;探测器应安装在预制舱中间顶部,间距不大于4m。

防火和灭火控制策略宜符合下列要求:

a)当一个可燃气体探测器第一阈值告警时,bms关闭空调,启动风机、跳开舱级储能变流器断路器和簇级继电器,并解锁门禁系统

b)当火灾报警控制器接收到相关信号并满足下列一项条件时,应联动启动灭火系统:

1)当一个可燃气体探测器检测的可燃气体浓度达到第一阈值且一个感温探测器动作且舱级储能变流器断路器跳闸;

2)当一个感温探测器和一个感烟探测器同时动作且舱级储能变流器断路器跳闸;

c)当两个可燃气体探测器检测的可燃气体浓度均达到第二阈值且判断舱级储能变流器跳闸时,可根据既定策略启动灭火系统;

d)当舱级储能变流器断路器拒跳时,由消防远程集中控制中心或电力调度控制中心人工远程视频判断火灾,通过消防监控后台远程应急启动灭火系统;

e)当固定式自动灭火系统启动时,应由BMS联动关闭风机。

对于火灾报警及其联动控制系统等消防设施的监控管理,应符合下列要求:

a)火灾自动报警及其联动控制系统,应具备对本站所有消防设备实行监控管理、故障报警、信息显示、查询打印及信息上传等功能

b)火灾报警信号、故障报警信号和固定自动灭火系统运行状态信息应上传到集控中心;

c)集控中心应设置消防远程集中监控系统,对本地区储能电站全部火灾报警系统和消防设备实施集中图形显示,实施监视、火警处置、故障报警、远程应急操作、设备状态信息显示等。

3.3 封堵

(1)应急出口及排风口

应设置净宽度不小于0.9m的应急门,向外开启,应急门设置门禁系统。

预制舱内应至少设置2套防爆型通风装置,排风口至少上下各1处,每分钟总排风量不小于预制舱容积。

(2)防火封堵

预制舱隔墙上有管线穿过,管线周围空隙应采用防火封堵材料封堵。

相邻舱室之间有管线穿过等,要有防火材料封堵;

预制舱的出线口要有防火材料封堵;

(3)防虫鼠等封堵

预制舱的所有对外出口,如出线口、排风口、门等均要有防止虫鼠进入的设置。预制舱安装在室外或野外,各种情况都会出现,老鼠钻进去会将线束破坏。

预制舱内所使用材料、线材等均要为不燃或难燃材料,符合消防标准要求。

(4)防护等级

屋外布置的储能单元相关设备外壳防护等级宜不低于IP54。

3 储能电站消防设计要求

储能电站包括电源侧、网侧、用户侧,消防设计主要依据三个标准:

(1)GB50016-2018 建筑设计防火规范

(2)GB51048-2014电化学储能电站设计规范,住建部2022年又拟对标准进行修改,并公布了征求意见稿,但未有结果,目前仍按2014版要求进行设计。

(3)电力行业标准T/CEC373-2020预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范

其中前两个等级高,有冲突以前两个国标为准

还有一些地方性标准,如江苏,针对预制舱式电站出具了标准,与行业标准内容类似。

3.1  站址选择

(1) 储能电站选址主要考虑:

地质灾害:地震、泥石流、滑坡

用地情况:面积、拆迁、平整等工程量,周围建筑分布图

交通状况:交通、道路、消防通道等

水源:消防水源、市政消防栓等分布情况(宜设置在市政消火栓保护半径范围内或靠近可靠水源)

洪水情况:大型电化学储能电站站址场地设计标高应高于频率为1%的洪水水位或历史最高内涝水位; 中、小型电化学储能电站站址场地设计标高应高于频率为2%的洪水水位或历史最高内涝水位;

周围环境情况:尘土、腐蚀性气体等。(不应贴邻或设置在甲乙类厂房内,且不应设置在爆炸性气体、粉尘环境的危险区域内。)

(2)对于用户侧的预制舱、储能柜等产品

尽量选择远离办公场所和密集人群,离接入点配电房近(建议100m以内)且便于线缆排布的地方。并减少线缆布置成本。
考虑便于运输、吊装、可承重的硬化场地,承重要达到3000Kg/m2。
安装环境应满足一定的温度、湿度和通风要求,确保设备正常运行并避免过热等问题。
避开强震、强噪声、强电磁场干扰去以及产生据具有粉尘、油烟、有害气体等场所。
附近应配置有足够数量的灭火器,并预留水灭火系统接口。
场地面积应满足设备本身的面积需求,并留有余地以应对设备的安装、维修,通常前后门前预留1m以上的操作空间。
考虑当地的环境条件,如海拔、温湿度、降雨量等,进行防腐、防爆、基础加高等处理。安装水平面应高于该地区历史最高水位,且至少高于水平地面300mm,安装位置不能在低洼地带。
地面必须平整,不能有明显的高差或坑洼,以提供稳定的地基。
安装场地应有防雷、防静电处理,以减少雷电等自然灾害对设备的损坏。
站点应具有方便的交通运输条件,以便于设备的运输和安装。
目前,所有的规程规范中,没有一个条款是不允许预制舱式储能电站布置在建筑内的,可以理解为满足要求的建筑物内是可以布置预制仓式的储能电站的。
同时,对于装配式的磷酸铁锂电池,由于其防护等级的限制,只能安装布置在室内,可以推导出预制舱式储能电站也是可以布置在室内的,全封闭布置在室内时,建议提高建筑物防火等级。

对于预制舱的堆叠放置,行业标准中规定电池舱只能单层布置,但设计规范中指出不能超过两层,虽然国标标准等级高,但实际应用最好不要堆叠设置,并网验收是要通过电力公司的。

3.2 储能设备的火灾危险性分类及耐火等级和灭火器配置要求

涉及电池的建筑和设备火灾危险性分配及耐火等级要求如下:

储能电站建筑灭火器配置应符合现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》GB 50140的有关规定,各配置场所火灾类别及危险等级应符合表中的规定。

灭火器配置场所的火灾种类和危险等级

钠硫电池室应配置砂池,锂电池室宜配置砂池。单个砂池容量不应小于1m³,最大保护距离为30m。

电站内配置不少于2套的正压呼吸器;

3.3 站区设计及布置等要求

(1) 站区道路宜布置成环形,如有困难时应具备回车条件;站内环形消防通道路面宽度宜为4m,站区运输道路宽度不宜小于3m;站内道路的转弯半径应根据行车要求确定,但不应小于7m。

(2)锂离子电池预制舱堆叠不宜超过两层.锂离子电池预制舱设备及辅助设施应整体设计,下部承重结构应根据上部自重和整体结构安全确定,应配置楼梯等疏散和运维通道

(3)户内布置的储能单元应设置防止凝露引起事故的安全措施。

(4)全户内布置储能电池柜/架的高度宜根据运维的需求确定,电池柜/架的高度不宜超过2400mm。当采用框架式布置形式式时,应具有电池的防尘设计。站内储能变流器尺寸宜保持一致,站内电池柜/架尺寸宜保持一致。储能单元布置应满足下列要求:

n四周或一侧应设置维护通道,其净宽不应小于800mm;

n当采用柜式结构多排布置时,宜依据柜体开门结构确定维护通道,维护通道宜满足表 的规定,且不宜小于单侧门宽加400mm;

当为中高压系统时,电气设备外绝缘体最低部位距地小于2300mm时,应装设运行巡视围栏。

(5) 储能变流器布置应有利于通风和散热

(6) 电池的布置应满足电池的防火、防爆和通风要求。

(7) 电气设备房间不宜布置液流电池的电解液管道,若因布置空间受限必须布置时,电气设备防护等级应不低于IP54。电解液管道不应从电气设备正上方穿过,与电气设备平行布置时,两者水平距离应不小于2.5m。

3.4 电缆及缆沟

(1) 电缆敷设应满足以下要求:

n电缆宜采用沟道、槽盒或穿保护管敷设,殊情况采用直埋敷设时,应采用铠装电缆或采取穿管保护;

n电力电缆和控制电缆、光缆、屏蔽双绞线等线缆宜分开排列;

n液流电池下方不宜敷设电缆,电池系统的电缆进、出线宜由上端引出,宜采用电缆桥架敷设;

n消防配电线路的电缆敷设应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定

(2) 电缆沟不得作为排水通路。

(3)电缆构筑物中电缆引至电气柜盘或控制屏台的开孔部位,电缆贯穿隔墙、楼板的孔洞处均应实施阻火封堵。

3.5 消防用水要求

室外电池预制舱(柜)室外消火栓设计流量不应小于的规定。

表4 室外电池预制舱(柜)室外消火栓设计流量(L/s)

锂离子电池厂房及室外预制舱(柜)消火栓系统适用火灾延续时间不应小于3.0h;铅酸(铅炭)电池室及液流电池室外预制舱(柜)消火栓系统适用火灾延续时间不应小于2.0h。

锂离子电池室应设置自动灭火系统,自动灭火系统喷射强度、喷头布置间距、安装高度、工作压力等设计参数宜经实体火灾模拟实验确定。

安装在室内的油浸式变压器与安装在室外单台容量为125MV.A及以上的油浸变压器应设置水喷雾灭火系统或其他自动灭火系统。独立布置在室外的备用油浸变压器可不设置自动灭火系统。

储能电站消防给水量应按火灾时最大一次室内和室外消防用水量之和计算。消防水池有效容积应满足最大一次用水量火灾时由消防水池供水部分的水量。

消火栓在场地内路边均匀布置,间距不大于60m,检修阀之间的消火栓数量不大于5个

3.6火灾自动报警系统

(1) 储能电站下列场所和设备应设置火灾自动报警系统:

n主控制室、配电装置室、继电器及通信室、电池室、PCS室、可燃介质电容器室;

n采用固定灭火系统的油浸变压器、油浸电抗器;

n户内无人值班电站的电缆夹层及电缆竖井

n敷设具有可燃绝缘层和外护层电缆的电缆夹层及电缆竖井。

n采用建筑物安装方式或预制舱(柜)安装方式的场所和设备应符合设计规范第12.4.2条规定。

(2) 电站内主要建、构筑物和设备火灾报警系统应符合表中规定。

表5 电站内主要建、构筑物和设备火灾报警系统

注: 1电抗器室如选用含油设备时,宜采用缆式线型感温探测器。

2火灾探测器应采用防爆型。

(3) 电池室应配置可燃气体报警设备,可燃气体探测器应根据正常及事故工况下产生的气体类型选择,应采用防爆型设备。可燃气体探测器的设置应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》GB50116的规定

(4)储能电站(电池预制舱)宜具备火灾早期预警功能,可通过计算机监控系统、电池管理系统、可燃气体探测设备、火灾报警系统等设备,实现电站的火灾监控预警。

(5)有人值班的储能电站的火灾报警控制器设置于主控制室,主控制室的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定;无人值班电化学储能电站的火灾报警控制器宜设置于警传室,并将火警信号传至集控中心。

3.7 防火间距

2014年储能电站设计规范要求:

电池装置距离甲乙类生产厂房间距不小于12m,丙类生产厂房及生活建筑不小于10m(一二级建筑)。距离配电装置不小于10m,距离三级建筑在原基础上增加2m。而后来的征求意见稿增加到了20m。

(1) 锂离子电池预制舱预制舱(柜)设备站外道路(路边)不应小于3m,确有困难时,电池预制舱(柜)设备与站外道路之间应设置耐火极限不低于1.00h的防火隔墙,且电池预制舱(柜)设备距离站外道路(路边)不应小于1m,防火隔墙应超过设备外轮廓投影范围外侧各1m。

(2)锂离子电池设备布置宜分区布置,单层电池厂房单个电池室额定能量不宜超过30MWh,多层电池厂房单个电池室额定能量不宜超过15MWh。屋外电池预制舱(柜)布置分区内储能系统额定能量不宜超过50MWh,相邻分区的间距不应小于10m。当间距不能满足时,应设置耐火极限不应低于4.00h的防火墙,防火墙应超出设备外轮廓1m。

(3) 全户外布置储能单元可采用屋外电池预制舱设备,设备间距需应满足设备运输、检修的需求。锂离子电池、铅酸(铅炭)电池预制舱长边间距不宜小于3m,电池预制舱短边间距不宜小于3m。液流电池预制舱设备开门侧间距不宜小于3m。电池预制舱(柜)设备距离站内道路(路边)不应小于1m。

在项目实际实施过程中,尤其在用户侧储能方面,由于用户侧储能大多安装在厂区、园区,安装位置受限,大多数存在防火间距不足问题,如何解决,需要切合实际情况。

消防上针对防火间距不足通常的四种办法:降低建筑物火灾危险性、提高部分构件耐火性能、改造建筑物外墙、拆除部门原有陈旧建筑。主要是对建筑物进行改造,基本上用户是不同意的。

消防防火规范上有几种情况下防火间距是可以不限或降低的:

储能电站或预制舱通常都是低层建筑,相邻的一般都是高层建筑,当一侧高层为不开门窗的防火墙或超过电站高度15m以上为不开门窗防火墙,防火间距可不限。

二墙均为不燃外墙,且无外露可燃屋檐,外墙上的门窗洞口面积之和≤该外墙面积的5%,且门窗洞口不正对开设,间距可减少25%。但通常民用建筑门窗洞口面积是大于5%的

行标指出电池舱只能单层布置,相隔的间距长边不应小于3米,短边不应小于4m,如果间距不满足要求时,需要设置防火墙,两端的轮廓各超出1米。同时可以理解为电池舱的布置与建构物不满足距离要求时,也可以加防火墙,或将布置间隔不满足要求的建筑物的相邻外墙按照防火墙的等级进行建造。 

预制舱储能电站应设置围墙、围栏,围墙与电池预制舱间距不宜小于5m,当小于5m时,应采用实体围墙,高度不低于电池预制舱外廓。即小于5m要用围墙,其它可用围栏

3.8 其它

户外敞开式电化学储能电站应设置栅栏、围墙等;设置于电源侧、变配电所内的电化学储能电站,其外墙可作为围护隔离墙。

站区围墙、大门和站内道路应满足运行、检修、消防和设备安装要求。

电站的管道、沟道应按最终规模统筹规划。

对于电化学储能的消防要求,除了标准、规范中规定的要求,各地也有一些特殊的规定,同一省各地可能要求都不同,如浙江某地就要求将储能柜也要单独放在独立的建筑内。而且,对于一些地市来说,储能属于一种新产物,出于安全考虑在没有案例的情况下,也会提出一些特殊的要求。在针对具体项目时需要首先了解当地的政策和要求。