1、134建筑科技2023 年 第 4 期研究与探讨Research and Discussion电化学储能电站消防设计审验问题探讨唐恒瑞1，王昭2，李迪2，李震1，邵士伟1（1.山东省建筑工程质量检验检测中心有限公司，山东 济南 250100；2.山东省建筑科学研究院有限公司，山东 济南 250100）摘要：电化学储能电站消防设计的审查和验收，存在火灾危险性分类和审验分类划分不明确的问题。经过查阅、分析大量国内外文献，结合锂电池热失控机理，提出对于其火灾危险性分类，建议将小型固定式的锂电池储能电站划分为丙类，将中大型固定式的锂电池储能电站划分为乙类的结论；对于其审验分类，建议将中、大型锂离子电池
2、电化学储能归为特殊建筑工程。明确分类有利于电化学储能电站的消防设计审查和验收工作的顺利开展，对于保障消防安全和人民群众生命财产安全有重要意义。关键词：电化学储能电站；火灾危险性分类；消防审验分类；锂离子电池中图分类号：TU892；TM912 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）04-0134-030引言 能源是人类文明进步的重要物质基础和动力，是攸关国家安全和发展的重点领域。未来能源系统将是以新能源为主体、传统能源兜底的多元化能源系统1。储能技术是平抑新能源波动、降低大规模新能源接入对电网造成冲击的重要手段。我国新型储能领域主要的应用类型包含抽水蓄能、电化学储能、熔融盐储热
3、、飞轮储能、压缩空气储能，电化学储能领域中锂离子电池占据绝对主导地位2。现如今，在对锂电池电化学储能电站的消防设计审查和验收时，面临着锂电池的火灾危险性分类和消防审验分类划分不明确的问题。本文将对其进行探讨，并提出合理性建议。1锂电池火灾危险性分类问题探讨1.1锂电池火灾危险性分类现状分析1.1.1锂电池火灾危险性分类（1）GB 510482014电化学储能电站设计规范（以下简称“规范”）将锂电池、铅酸和液流电池室的火灾危险性类别都归为戊类。从实际情况来看，规范划分等级偏低，因此规范在新版征求意见稿里面对火灾危险性类别做出了修改，将铅酸、液流电池厂房的火灾危险性类别明确定为丁类；对于锂离子电池
4、厂房只是说明了设计暂参考乙类，结合相关试验数据及工程实践进行具体规定，并未明确其火灾危险性类别。（2）王青松等3将存放锂离子电池的厂房划为甲类。王青松等根据XF/T 536.32005易燃易爆危险品火灾危险性分级及试验方法第3部分：易于自燃的物质分级试验方法的试验方法，将固体粉末或颗粒状样品置于140 的烘箱中24 h，如果观察到物质发生自燃或者实验样品超过200，则样品为自燃物质。其研究试验结果为锂电池在温度为131 时发生热失控，且电池发生自燃，属于自燃物质，遂将锂电池归类为可燃固体中的易自燃物质；然后根据GB 500162014建筑设计防火规范第3.1.1条中甲类的第6项规定：“受撞击、
5、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质。”将存放锂离子电池的厂房归类为了甲类。（3）荣路清4根据不同工段将锂离子电池生产厂房划为甲、乙、丙3类。荣路清采用同样的判定依据和试验方法，但其试验结果为锂离子电池在140 的热箱中放置规定135建筑科技2023 年 第 4 期研究与探讨Research and Discussion时间后，只发生轻微的膨胀，未发生自燃，温度达到稳定值151 时，也未超过200，因此判定锂离子电池不属于易自燃的物质。但其根据锂电池在生产、产生过程中的特性，将锂离子电池生产厂房的不同工段分门别类地进行了不同的火灾危险性分类，包含甲、乙、丙3类。（4）侯德元等5综
6、合性地将锂离子电池生产、产生厂房划为丙类。侯德元等分析了锂离子电池厂房生产过程中所需的原料，根据不同的生产工艺流程，划分火灾危险性类别，将锂离子电池生产、产生厂房的火灾危险性类别定为了丙类。1.1.2锂电池火灾危险性分类存在问题（1）规范将锂离子电池电池室划分为戊类，但是在储能电站的使用过程中，当条件改变如受热、过充、外部刺激等，经过化学反应会产生中间产物，进而发生热失控和爆燃；当电池安全阀启动释放的可燃气体集聚以后，遇高温、明火易发生爆炸。锂离子电池在使用过程中一旦发生热失控，危险性较大，故将其划分为戊类显然是偏低、不合乎实际的。（2）王青松等将其划为甲类的基础是认为电池是一种易于自燃的物质
7、，但是荣路清的研究未能将其归类为属于易于自燃的物质。两者研究结果不一致，不易确定电池本身是否属于易自燃的固体物质。不宜将其归类为受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质。（3）荣路清、侯德元等尝试对锂离子电池在生产、产生过程中的生产车间进行了火灾危险性划分，但是物质在生产、产生过程、储存和使用过程中的火灾危险性是不同的。锂电池在储存过程中一般不会因为受热、过充等因素发生热失控。在生产、产生过程中因锂电池还未组装成完整的电池产品，因此其火灾危险性分类只适用于生产、产生电池的厂房，不适用于锂电池储能电站。综上所述，不能简单地从锂离子电池本身特性出发直接定性锂电池厂房的火灾危险性分
8、类，而应基于锂电池在使用过程中一旦发生火灾后的危险性，结合其所应用的电站的不同规模、不同建设类型等，从全局出发，统筹兼顾，分门别类地进行火灾危险性类别划分。1.2锂电池热失控机理GB 500162014建筑设计防火规范中将对照的厂房、仓库火灾危险性判定标准主要定为闪点、爆炸下限。下面通过分析锂离子电池在使用过程中的热失控机理，结合GB 500162014建筑设计防火规范定义，探讨锂离子电池的火灾危险性分类问题。锂离子电池热失控的原因主要分为3类：一是由挤压、针刺造成的机械激源；二是由内短、过充、过放造成的电激源；三是由过热造成热激源。其共同环节为内短路，造成电池内部温度上升，随着温度升高，锂离
9、子电池经历SEI膜分解、负极嵌入锂与电解液反应、正极与电解液反应、电解液分解、负极与黏结剂反应的化学转变6。在化学转变的过程中产生的气体如遇火源时会发生火燃烧现象，电池在安全阀打开后会出现爆燃7。在电池模组中，电池单体发生热失控后，触发与临近的电池单体发生热失控从而形成热失控扩散。热失控扩散可通过能量传导，加速热失控扩散。热量进一步积累，便可导致火灾、气体释放和爆炸。在电池逸出可燃烟气的阶段，释放出烯类和CO气体，如遇明火、电火花或其他高温物体，具有较高火灾危险性8。现知CO的爆炸下限为12.5，锂离子电池中使用的电解液是有机溶剂和电解质盐化合物的混合物，常见的电解质盐化合物为LiPF6，有机
10、溶剂为C3H4O3、C4H6O3、C3H6O3、C4H8O3等9，其中已知的C4H8O3闪点26.7。依据TIEN Y L，STEFFEN H的研究试验，锂电池电解液闪点在38 左右10-11。1.3 锂电池火灾危险性分类建议综上分析，虽然锂电池单体电池本体现阶段不易与GB 500162014建筑设计防火规范中火灾危险性分类中的物质相对应，但是经过分析锂电池在使用过程中的热失控机理和一旦热失控产生的后果来看，其火灾危险性不容小觑，建议将锂离子电池火灾危险性定位为比较高类型。从锂电池的内部组成成分和热失控阶段内部经过化学反应产生的气体方面，结合所用储能电站的类型和容量，定性、定量地去划定锂电池储
11、能电站的火灾危险性分类。建议对于小型固定式的锂电池储能电站划分为丙类；对于中大型固定式的锂电池储能电站划分为乙类；对于移动式的因属于产品设计，不应归为建筑物进行火灾危险性类别划分。2锂电池储能电站消防审验分类问题探讨2.1储能电站建设工程类别划分现状2019年4月23日，中华人民共和国消防法修订后，由住房与城乡建设部门承接消防审验职能。2020年6月1日，住房与城乡建设部颁布实施了建设工程消防设计审查验收管理暂行规定（住房和城乡建设部令第51号，以下简称“暂行规定”），6月16日印发了建设工程消防设计查验收工作细则和建设工程消防设计审查、消防验收、备案和抽查文书式样。另外国家能源局加强电化学储
12、能电站安全管理的通知（国能综通安全202237号）要求电化学储能电站投产前，要进行工程竣工验收，按规定办理工程质量监督手续，通过消防验收。按照法律法规规定，建设工程消防审验有2种情况：一是特殊建设工程，136建筑科技2023 年 第 4 期研究与探讨Research and Discussion需要进行消防设计审查和验收；二是其他建设工程，按规定进行消防设计，验收采取备案抽查制，抽中的按特殊建筑工程的验收方式进行验收。进行消防审验首先要明确电化学储能电站是属于特殊建设工程还是其他建设工程，但从现有相关规定来看，并没有明确如何分类。以下对如何分类给出解决方案以供参考和探讨。2.2储能电站消防审验
13、类别划分解决方案参照暂行规定中“将大型发电、变配电工程归属于特殊建设工程”，建议对大型固定式电化学储能电站的消防审验按特殊建设工程对待，需要进行消防设计审查和验收，包含但不限于铅酸电池厂房、液流电池厂房、锂离子电池厂房。参照暂行规定中“生产、储存、装卸易燃易爆危险物品的工厂、仓库和专用车站、码头，易燃易爆气体和液体的充装站、供应站、调压站属于特殊建设工程”，建议将中大型固定式锂电池储能电站参照此条按特殊建设工程对待，需要进行消防设计审查和验收。铅酸电池厂房、液流电池厂房因规范在住房和城乡建设部门发布的征求意见稿中已将其火灾危险性定位丁类，因此对于中小型的该类电池厂房建议按其他建设工程对待，采取
14、备案抽查制。储能电站的规模分类，如表1所示。表1储能电站按建设容量规模分类序号建设规模电站功率1小型储能电站储能电站功率5MW2中型储能电站5MW储能电站功率100MW3大型储能电站储能电站功率100MW移动式储能电站准确说应该是移动式储能系统或设备，应从产品角度考虑设计，移动式储能电站和小于100 kW的储能电站不适用消防审验。储能电站的验收类别划分总表如表2所示。表2储能电站验收类别划分分类铅酸电池液流电池锂离子电池固定式大型特殊建设工程特殊建设工程特殊建设工程中型其他建设工程其他建设工程特殊建设工程小型其他建设工程其他建设工程其他建设工程移动式不适用100kW不适用3结语目前虽然已有部分
15、省份出台了电化学储能电站消防审验技术指南，但关于锂电池储能电站的相关国标系列消防审验标准规范尚未建立健全。建议加快锂电池储能电站的消防审验标准体系建设，用标准指导和规范锂电池储能电站的消防审验问题，为全国广大从业人员提供技术依据。本文针对锂电池的火灾危险性分类和电化学储能电站的消防验收分类存在问题提出了解决方案，以供参考和探讨。参考文献：1 文劲宇，周博，魏利屾.中国未来电力系统储电网初探J.电力系统保护与控制，2022，50（7）：1-10.2 吴皓文，王军，龚迎莉，等.储能技术发展现状及应用前景分析J.电力学报，2021，36（5）：434-443.3 王青松，班新焱，黄沛丰，等.锂离子电
16、池火灾危险性分级初探 C/2015中国消防协会科学技术年会论文集.北京：中国科学技术出版社，2015：12-14.4 荣路清.18650型锂离子电池仓库储存安全性研究D.合肥：中国科学技术大学，2020.5 侯德元，董淑量.某锂离子动力电池厂房消防设计要点探析J.机电信息，2017，（21）：94-95，97.6 梅文昕，段强领，王青山，等.大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究J.储能科学与技术，2021，10（1）：202-209.7 张亚军，王贺武，冯旭宁，等.动力锂离子电池热失控燃烧特性研究进展J.机械工程学报，2019，55（20）：17-27.8 杜炜凝，周杨.于晓蒙，等.基于锂离子电
17、池储能系统的消防安全技术的研究J.供用电.2020，37（2）：34-409 张旭凤.锂离子电池生产过程中物料的火灾爆炸危险分析及防范措施建议J.化工管理.2020（8）：104-105.10 TIEN Y L，CHUNG C C，SHENG H W，et al.Thermal hazard evaluations of 18650 lithium-ion batteries by an adiabatic calorimeterJ.Chemical Industry Management，2020（3）：104-105.11 STEFFEN H，MARGRET W M，MARIO W.Thermal hazard evaluations of 18650 lithium-ion batteries by an adiabatic calorimeterJ.Journal of the Electrochemical Society，2015，162（2）：A3084-A3097.收稿日期：2023-03-16作者简介：唐恒瑞，本科，一级工程师，一级建造师，主要从事消防检测、验收及其研究工作，现供职于山东省建筑工程质量检验检测中心有限公司。通信地址：山东省济南市天桥区无影山路29号。
