磷酸铁锂储能电池预制舱双层布置消防设计探讨

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2019年中国电机工程学会年会论文集磷酸铁锂储能电池预制舱双层布置消防设计探讨121吴静云，郭鹏宇，黄峥(1国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京，210008；2国网江苏省电力有限公司，江苏南京，210014)DiscussiononFireProtectionDesignofDouble-layerStackedLithium-ionPhosphateBatteryPrefabricatedCabinWUJingyun1,GUOPengyu2,HUANGZheng1(1StateGridJiangsuElectricPowerCompanyEconomicResearchInstitute,Nanjing,210008,Jiangsu,China;2StateGridJiangsuElectricPowerCompany,Nanjing,210014,Jiangsu,China)摘要：为了充分利用站区土地资源，本文阐述了磷酸铁锂储能电池预制舱双层布置方案中承重、连接、吊装、现场巡检等问题，特别针对该方案的消防设计难点,重点探讨防火分区的划分、防火隔断材料的选择、消防设施的设置等问题，提出消防设计优化措施，论证了双层叠加式磷酸铁锂储能电池预制舱方案的可行性。关键词：双层叠加；磷酸铁锂电池；预制舱；消防设计。ABSTRACT:Inordertomakefulluseofthelandresourcesinthestation,thispaperexpoundstheproblemsofload-bearing,connection,hoistingandon-siteinspectioninthedouble-layerlayoutschemeoflithium-ionphosphatebatteryprefabricatedcabin.Inparticular,inviewofthedifficultiesinthefiredesignofthescheme,itfocusesonthedivisionoffirezones,theselectionoffire-proofpartitionmaterialsandthesettingoffire-fightingfacilities,andputsforwardoptimizationmeasuresforfire-fightingdesign.Finally,thefeasibilityofdouble-layerlayoutschemeofdouble-layerstackedlithium-ionphosphatebatteryprefabricatedcabinisthusdemonstrated.KEYWORD:double-layerstacked;lithium-ionphosphatebattery;prefabricatedcabin;fireprotectiondesign.1引言均采用单层对称平铺式布置。随着电化学储能技术应用的不断发展，为提近年来电池储能系统在电力系统中的应用高储能容量，磷酸铁锂电池预制舱双层堆叠的布发展迅猛，根据《能源技术革命创新行动计划置方案应运而生。双层堆叠式磷酸铁锂电池预制（2016-2030年）》，到2020年示范推广100MW舱相较于单层布置有以下优点：1.节省占地面级全钒液流电池储能系统、10MW级钠硫电池储积，土建工程量对应减少，降低投资造价。2.高能系统和100MW级锂离子电池储能系统等一批集成度，实现功能单元模块化，提高舱体利用效趋于成熟的储能技术。电网侧项目的大规模投产率。3.快速部署，安装便捷，大大缩短建设周期，和锂电池成本的持续下降带来了行业的变局和提升施工效率。机遇。在该情况下，预计到2025年我国储能市场累计装机规模将超过28.6GW。2018年7月，2预制舱双层布置方案江苏镇江储能电站示范工程并网投运，该批储能作为低成本、高效率、集约化的货运服务产电站总规模101MW/202MWh，采用标准预制舱品，双层集装箱运输已成为美国等发达国家集装体布置形式，站内含不同规模的电池舱、PCS升[1]箱运输的主要选择之一。由于双层集装箱专用压舱、10kV汇流舱和智能总控舱等，所有舱体平车最多能比单层运输每延米运载指标提高

12019年中国电机工程学会年会论文集38%，因此双层集装箱运输也是提高铁路运输能根据文献[7]，一个40ft集装箱内部设计最力的重要手段[2-3]。大载重为32.5t，箱体堆码能力可以达到承载97在电池储能领域，目前国内磷酸铁锂电池储t。因此，以常规集装箱基本结构制作出来的箱能电站多采用40ft电池预制舱单层平铺方案子可以满足现有40ft储能预制舱载重40t的要[4-5]，考虑到储能电池重量大、储能设备电缆多，求，见图1(a)。此外，也可以通过钢柱对储能预磷酸铁锂电池预制舱采用双层叠加方案需要解制舱进行连接支撑，如图1(b)所示。决以下问题。2.2安装连接问题2.1承重问题为防止上层集装箱的倾覆和滑移，保证箱内集装箱的主体结构主要有角柱、上下侧梁、电池组平稳的工作状态，上下层集装箱间还需依上下侧端梁、角件以及周围的围护板（即顶板、靠专业锁扣联接紧固起来，也可以采用最简单也[6]端部墙板、端门、侧墙板）等组成。磷酸铁锂是施工最便捷的钢板焊接的方式完成连接。传统电池预制舱采用集装箱化的结构设计，常规的电集装箱连接锁一般分为手动扭锁、半自动扭锁和池预制舱尺寸有20ft和40ft两种。根据设备的全自动扭锁，常用于货用集装箱海铁联运领域，需求，预制舱四周及顶部采用1.6mm集装箱波纹方便拆卸。储能电池舱体间的连接可采用如图2板的形式，这样既能保证箱体的密封性，同时使所示的螺栓固定方式。相较于钢板焊接，使用螺箱体也有一定的支撑强度。在预制舱主要承力支栓固定能更好地适应双层集装箱现场作业要求、点都加设加强梁和加强柱，保证不会因为储能系降低劳动强度，提高安装作业效率。统的重量而发生箱体变形的现象，加强结构的抗震性能。同时，预制舱内部使用钢板、固定性零部件以及安装侧壁风道和电池支架增加箱体整体的刚性强度。图2双层叠装式磷酸铁锂电池预制舱的连接方式Fig2Connectionmodeofprefabricatedcabinofdouble-layerstackedlithium-ion(a)phosphatebattery2.3吊装问题箱体吊装施工可以按照常规集装箱工程操作，现场适当使用吨位较高的设备，确保安全准确定位在下层集装箱顶部角件位置。2.4现场巡检问题二层储能箱可以通过楼梯走廊实现基本检(b)查维护功能，若需要更换或调试电池，二层作业图1磷酸铁锂电池预制舱双层布置形式面积狭小，可以配套电动或液压升降台辅助设备Fig.1DoubleLayerArrangementofLithium完成电池更换。IronPhosphateBatteryPrefabrication3消防对策和建议Chamber

22019年中国电机工程学会年会论文集考虑到磷酸铁锂电池预制舱双层叠加方案3.5降温措施中，上下两层舱体其中一个发生火灾事故，对另水基灭火剂成本低廉且环境友好，相关研究一个有直接影响，需重点解决防火隔离和防坍塌表明[8]：水具有强大的降温能力，在扑救锂离子问题。因此，相应采取的消防对策和建议如下：电池火灾中效果明显。对于锂电池火灾，为防止3.1消防单元电池内部发生复燃，需增加火场用水量降低电池选用20ft电池预制舱。将20ft磷酸铁锂电池内部的温度，利用喷雾或者开花水枪对电池进行预制舱双层布置，在电站突发火灾事故时，储能冷却[9]。根据GB50016-2014《建筑设计防火规电池舱的灭火救援工作难度相对降低，火灾损失范》要求：甲、乙、丙类液体储罐（区）内的储也能相应减少。罐应设置移动水枪或固定水冷却系统。对于双层叠加式磷酸铁锂电池预制舱，建议一方面在预制3.2防火墙舱外防火墙上部设水冷却系统（水幕或水喷雾系20ft电池预制舱之间增设防火墙，每个防火统）；另一方面在两层预制舱间的防火隔断内设单元上下布置2个20ft电池预制舱。在火灾初期水冷却管路。在电池明火扑灭后，利用舱外水冷和灭火过程中，通过设置不低于3小时耐火极限却系统持续对现场降温冷却，避免磷酸铁锂电池的不燃性分隔墙体，防止火灾蔓延至相邻区域，因内部持续放热反应造成复燃，引发二次火灾。对于减少火灾损失具有重要作用。4结语3.3防火隔断随着储能应用需求的逐渐增多，这些应用需出于安全方面的考量，磷酸铁锂电池一旦发求也对储能系统的应用形式提出了新的要求，如生热失控，在消防措施失效的情况下，电池预制占地少、建设快和能量密度高的双层叠加式磷酸舱采用双层叠加方式容易引发连环热失控，所以铁锂电池预制舱储能电站。本文主要探讨了电池在设计之初考虑在两层预制舱舱外上下间隙之预制舱双层叠加方案的可行性和相关消防设计间增加防火隔断，防火隔断采用不燃（A级）材要点，主要给出了以下消防对策和建议：料。此外，上层预制舱舱内底部、下层预制舱舱（1）利用防火墙将上下布置的20ft电池预内顶部及预制舱侧壁均需设置相应的结构岩棉制舱分隔，最大限度的降低火灾损失；阻燃保温层。岩棉阻燃保温材料应符合GB（2）两层预制舱舱外上下间隙之间增加防25975-2018《建筑外墙外保温用岩棉制品》。防火隔断，防火隔断材料燃烧性能不低于A级。上火隔断和结构岩棉阻燃保温层的耐火极限可参层预制舱舱内底部、下层预制舱舱内顶部及预制考GB50016-2014《建筑设计防火规范》中对一舱侧壁设置相应的结构岩棉阻燃保温层；级耐火等级仓库的楼板和非承重墙要求。（3）在磷酸铁锂电池预制舱直接堆叠方案3.4防坍塌措施中，下层电池预制舱承重框架应采取防坍塌措在磷酸铁锂电池预制舱直接堆叠方案（见图施；1(a)）中，一旦下层电池预制舱起火（或发生极（4）在双层叠加式磷酸铁锂电池预制舱舱端爆炸），建议采取以下3条措施保证此时上层外设置水冷却系统。电池预制舱的支撑：1）下层电池预制舱承重框致谢架（立柱与横梁）涂刷钢结构防火涂料，耐火极本研究由国网江苏省电力有限公司科技项目限不小于2h。防火涂料应满足GB14907《钢结（J2019007）资助。构防火涂料》，涂刷工艺符合相关技术标准；2）下层电池预制舱承重框架应包裹在舱体岩棉阻参考文献：燃保温层内；3）下层电池预制舱内四角承重柱[1]张瑞国,申燕飞.铁路集装箱多式联运发展探讨[J].信息记录材上部各设1个细水雾喷头，进行冷却隔热保护。料,2018,19(8):233-234.ZHANGRuiguo,SHENYanfei.Discussiononthe

32019年中国电机工程学会年会论文集DevelopmentofRailwayContainerMultimodalTransport[J].prefabricatedcabinbatteryenergystoragepowerstationontheInformationRecordingMaterials,2018,19(8):233-234.gridside[J].Distribution&Utilization,2018,35(9):36-41,52.[2]张戎,李江,简文良.绍兴—宁波舟山港双层集装箱装车方案研[6]中国航海学会集装箱运输专业委员会国际集装箱手册[M].究[J].交通运输系统工程与信息,2018,12(1):141-146.北京:人民交通出社,1987.ZHANGRong,LIJiang,JIANWenliang.StudyontheIoading[7]王德浩,李金华.基于APDL的大载重集装箱参数化建模与分SchemesofDoublestackContainerTrainsBetweenShaoxing析[J].湖南工业大学学报,2018,32(6):51-56.andNingboZhoushanPort[J].JournalofTransportationWANGDehao,LIJinhua.ParametricModelingandAnalysisofSystemsEngineeringandInformationTechnology,Heavy-DutyContainersBasedonAPDL[J].2018,32(6):51-56.2018,12(1):141-146.[8]BlumA,LongRT.Full-scaleFireTestsofElectricDrive[3]杨广全.双层集装箱运输配载模型与算法研究[J].铁道运输与VehicleBatteries[R].SAETechnicalPaper,2015.经济,2019,41(4):95-100.[9]周会会,宋鹏,苏文彬.锂离子电池火灾事故的原因分析及对策YangGQ.AStudyonaLoadingModelandAlgorithmof研究[J].电池工业,2017,21(4):25-28.RailwayDouble-StackContainerZHOUHuihui,SONGPeng,SUWenbin.ResearchonfactorsTransport[J].Railwaytransportandeconomy,andextinguishingmeasuresofthefireaccidentonLithium-ion2019,41(4):95-100.battery.ChineseBatteryIndustry.2017,21(4):25-28.[4]刘牛,徐波,陈亚新.基于预制舱的电网侧储能电站模块化设计[J],通信电源技术.2019,36(3):231-235.LIUNiu,XUBo,CHENYaxin.ModularDesignofGrid-sideEnergyStoragePowerStationBasedonPrefabricatedCabin[J].作者简介：TelecomPowerTechnology,2019,36(3):231-235.吴静云（1989-），女，江西乐平，博士研究生，工程师，从事电网[5]甘江华,吴道阳,陈世锋等.电网侧大规模预制舱式电池储能电侧储能消防技术研究。站集成技术研究与应用[J].供用电,2018,35(9):36-41,52.GANJianghua,WUDaoyang,CHENShifengetal.Researchandapplicationofintegrationtechnologiesforlarge-scale