逐梦蓝研 新能源消防安全：我们在新领域开疆拓土、深耕不辍

发布时间：2023-12-15 10:04:36| 来源：乐鱼平台登录

  国家能源局7月31日发布的多个方面数据显示，截至6月底我国可再次生产的能源装机达到13.22亿千瓦，历史性超过煤电，约占我国总装机的48.8%。与此同时，以风光储氢一体化协同发展为代表的新能源格局，也在发生历史性变化。在碳达峰碳中和目标深入推动下，如何以高水平消防安全保障新能源行业高水平质量的发展，仍然是我们应该追问的。拓展其发展空间，不仅需要新能源市场的持续扩容，还需要技术的不断突破。应急管理部天津消防研究所新能源消防安全科研团队长期追踪该领域，并且希望可以在这个“非传统”且“剧烈变化”的领域，探寻一个“确定性”——以消防科技攻关为消防安全注入更多“确定性”。

  Q：近年来新能源行业发展迅猛，尤其是新能源汽车、电瓶车起火的新闻时常见诸报端。人们对电车火灾的关注度较以往也更高，从消防安全技术的层面来看，为什么人们会有这样的印象呢？

  A：主要还是新能源火灾事故一段时间以来较为频繁发生造成的。根据官方公布的数据，2022年第一季度新能源汽车火灾640起，同比上升32%，电瓶车火灾3777起，同比上升35.9%。在交通工具火灾中，新能源车辆增幅较大。与此同时，电动汽车和电瓶车在停车场、电梯间、居民家中等场景下起火、爆炸的视频充斥网络，引发社会广泛关注。全国范围内出现多起电瓶车“小火亡人”事故，甚至是亡3人以上的较大事故。除此之外，储能电站、锂电池生产厂房、光伏等领域也发生了多起火灾事故。

  Q：好像刚才多是和锂离子电池应用相关的火灾事故，这样的领域存在什么防控的困难呢？

  A：是的。现在普遍的使用的锂离子电池，在生产、使用、回收、运输等环节均存在火灾风险，这归根到底是由锂离子电池自身的特性决定的。锂离子电池在过充、过放、高温、挤压、撞击等因素下均可能会引起热失控，产生大量的燃爆气体，同时在一定条件下发生燃烧和爆炸。由于锂离子电池自身由复杂材料体系构成，在充放电过程中还包含着各种电化学和热化学反应，在本质上解决其安全问题几乎是不可能的。而从防控方面，多起火灾都在扑灭后出现复燃及其他二次事故，呈现出与传统火灾不一样的特征。因此，能算得上是一种“非传统”安全挑战了。

  A：根据国家标准GB/T 4968《火灾分类》的规定，火灾分为A、B、C、D、E、F六类，分别代表固体物质火灾、液体或可熔化固体物质火灾、气体火灾、金属火灾、带电火灾和烹饪器具内的烹饪物火灾。针对这些火灾类型当前已经基本形成与之相对应的灭火剂和灭火装置，通过冷却、隔离、窒息、化学抑制等多种方式来解决灭火和扑救的难题。但是锂离子电池不一样，由于电池里面的持续热失控反应，采用任何一种传统灭火方式按照现行国家标准的有关要求都无法达到灭火后不复燃的效果。而且，根据锂离子电池的火灾特征，也不能简单归到上述六类火灾中去。

  A：因为锂离子电池在火灾发生过程中呈现出释放燃爆气体、喷溅电解液、固体物质参与燃烧、带电等特征，这也就表明了锂离子电池火灾至少包含A、B、C、D、E等多种火灾类型的特征。国际标准化组织正在考虑在国际标准《火灾分类》中，专门增加针对电池火灾的火灾类型，这充分说明了锂离子电池火灾的特殊性。

  A：在锂离子电池应用的所有的领域中，安全都是热门的话题，相关火灾防控技术也在持续发展。目前基本上从以下几个方面在推动：一是电池本质安全的提升。随着电池技术的发展，电池各项安全指标在慢慢地增加。同时，大家也会在各种应用领域中选择更为安全的电池，比如我们的祖国的新能源汽车采用磷酸铁锂电池的比例逐步的提升，这就是考虑到磷酸铁锂电池具有比传统三元电池更高的安全性。二是火灾防控技术和手段的慢慢地加强。更优化的电池管理系统、实现火灾预警的有关技术及装置、不一样的适用于各种场景的灭火技术及灭火系统都在持续研发，消防救援队伍也根据锂离子电池应用的各种场景积极开展应急处置演练。三是标准规范体系的持续建设。我们之前提到过现行国家标准与锂电池相关领域的不适用性问题，随着我们研究的不断深入，相关领域的技术向前发展，相应的标准就能科学制定，社会层面锂电池安全风险也会大幅度降低。

  Q：除了锂离子电池相关的电瓶车、新能源汽车、储能等风险外，新能源领域还有别的消防安全风险吗？

  A：有的，在风能、光伏、氢能等新能源领域，都有不同程度的火灾或爆炸风险，同样也面临不少风险挑战。以光伏发电为例，一般我们遇到的带电火灾多是交流电，断电后火灾风险就能明显降低。但是，光伏发电系统本身就带有电压超过1000V的直流电，在火灾扑救过程中高压持续存在，需要仔细考虑在这种特殊情况下消防救援的安全性。在调研中我们得知，当前光伏发电火灾防控还存在着系统故障致灾机理不明、光伏建筑火灾蔓延规律不清、故障检验测试与早期预警装备不足、应急处置及带电扑救技战术尚待确立等问题，而这些都是未来需要发力攻关的方向。风能这块，尽管我们很早就开展了灭火装置、消防联动控制系统环境适应性及评价方法研究，编制了《风力发电机组消防联动控制系统作业规程》，但是伴随着近期海上风电的全力发展，针对海上风电火灾恶劣环境的消防技术尚待研究。在氢能方面，由于氢气具有点火能量低，爆炸极限范围宽，燃烧速度快等特征，安全风险也不可以小看。我们“十三五”期间基于国际合作项目研究了涉氢受限场所的泄爆抑爆等爆炸防控技术，但对于典型应用场景下如隧道内氢燃料电池汽车火灾爆炸特征与防控处置技术还尚待研究。

  A：在所党委的全力支持下，我们在平台建设、团队建设、人才教育培训、创新合作等方面均开展了大量工作，不断夯基筑底，持续提升团队总实力和能力水平，努力破解制约新能源领域安全发展“卡脖子”问题。

  A：所里在“三定”落编定岗之后新组建第四研究室，凝聚了涵盖风能-光伏-储能-新能源汽车-氢能等新能源消防安全专业研究人才，致力于各种各样的形式新能源的火灾防控技术探讨研究。与此同时，联合我所第七研究室（火灾物证鉴定中心）和质检中心的优势力量，围绕锂离子电池相关领域，还形成了锂离子电池火灾抑制研究团队、锂离子电池火灾分级与评价研究团队、锂离子电池火因调查研究团队和锂离子电池灭火装置及有效性评价研究团队等多个专业研究团队，一批获得业内广泛认可的领军人才和青年精英崭露头角。我所自2008年开始就围绕新能源火灾防控技术开展了相应研究，之后陆续依托国家级、省部级等多个科研项目深入推动致灾机理、预警技术、阻隔技术、灭火技术等研究，研究基础深厚扎实，研究成果获得天津市科技进步二等奖等多项奖励。团队中也有大量的博士和博士后作为后备力量，逐渐在各级各类科研项目中承担更重要的角色，在“经风雨、见世面”中迅速成长。

  A：我们重点整合了现有优势资源，依托所里新落成的第二试验基地投运建设了新能源消防安全技术探讨研究中心。中心以构建具有鲜明特色，国内领先、国际知名的新能源火灾技术研究开放性实验基地为目标，聚焦新能源火灾防控技术明显问题，靶定新型锂离子电池清洁高效灭火技术、储能火灾安全分级评价技术、锂电与光伏火灾探测预警技术和风电消防安全等当前及未来急需解决的难题。

  今年5月以来，我们本着“边建设、边运行、边研发”原则，同步推进设施建设、团队建设和项目拓展。在资源建设中，重点突出功能先进、实体火灾研究等鲜明特色。截至目前，已改造完成专业实验室约1100㎡，新建、改造、研制重点专用设备20余台套，包括20呎典型储能系统火灾试验模型、EV-ARC、ES-ARC、RSD等锂离子电池量热关键设备、320L锂电池热失控试验舱、储能系统不同层级热失控量热系统、21.6kW全尺寸光伏发电火灾模拟试验平台等，初步具备了较为系统的新能源火灾研究资源和火灾研究特色突出的研究设备设施。实验室建设过程中，还率先开展了钠离子电池在绝热环境下火灾特性试验研究，针对不一样储能系统开展灭火有效性评价和安全分级技术研究。

  Q：我们都知道科学研究，尤其是基础研究，需要更大范围的合作，团队在这方面作了哪些努力呢？

  A：团队始终对标国际技术前沿，瞄准国内领先、国际先进的建设目标，与中国科学技术大学、中国电子技术标准化研究院、中国汽车技术研究中心、宁德时代新能源科技股份有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、UL等国内外新能源相关科研及测试机构和有突出贡献的公司密切合作。今年先后与弗迪电池有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司签署了合作协议。

  今年主题教育开展以来，围绕新能源重点发展的“风-光-储-动-氢”全行业开展了40余次实地调研、座谈调研及联合式调研，深入剖析制约行业消防安全的痛点难点问题，探索创新解决途径。以锂离子电池生产、仓储、使用、回收领域为龙头，风能、光伏、氢能多方向齐头并进，我们先后调研了一大批在新能源行业具备极其重大影响力、代表我国乃至全球新能源科学技术创新发展趋势的企业，紧跟行业前沿技术，掌握企业消防安全现实迫切需求。

  A：我们在调研过程中，从始至终坚持问题导向，以落实总体安全观、促进新能源产业安全科技赋能为抓手，聚焦新能源应用中突显的安全技术难题，探索处理问题的新方法新技术新装备。在锂离子电池生产领域，梳理出电解液泄漏、除尘设施燃烧爆炸风险等7个方面的问题，在储能领域，梳理出燃爆气体风险、灭火系统灭火效能不足等明显问题，针对行业症结开展专项研究。近年来，团队开发了具备高效、经济、清洁特点的锂离子电池储能液氮灭火技术，具有较强的先进性和引领作用。当前，项目团队围绕新能源科技成果已经和部分企业签署了技术服务协议，将科研项目研发的核心技术转化为助力产品安全升级、企业安全发展的关键支撑力量。

  Q：近期《求是》杂志刊发习重要文章《加强基础研究 实现高水平科技自立自强》。在这篇文章中，习深刻阐述加强基础研究的重大意义，并对“广泛开展基础研究国际合作”作出重要部署。天津所去年首次承担了储能安全领域国家重点研发计划项目，可以粗略地介绍一下项目情况吗？

  A：项目全称是“国际锂离子电池储能安全评价关键技术合作研发”。该项目面向世界储能安全科技前沿、服务双碳目标国际重大需求，为全球储能安全提供中国方案。项目面向当前全球适用的安全性能等级评价技术和标准缺失等难题，凝聚国内外具有一马当先的优势的团队，共同开展高水平合作攻关，创新国际合作模式，共享储能故障数据，共融安全基础理论，共建安全评价标准，推动储能安全标准相互连通。该项目是我所继2021年承担国家重点研发计划“锂离子电池储能系统全寿命周期应用安全技术”的一个课题和两个专题之后，再次在储能安全领域破浪领航的全新举措。项目成功获批也充足表现了我所作为消防救援战略性科研机构的前瞻性、综合性和全局性等特点，展现了我所在服务国家能源转型主战场上的国际视野和战略眼光。

  习指出，“人类要破解一起发展难题，比以往任何一个时间里都更需要国际合作和开放共享，没有一个国家能成为独立的创新中心或独享创新成果。”我们始终相信，随着项目的推进，未来也将培养一批能够立足全球视野、厚植天下情怀、体现大国担当的战略人才力量，为我国消防战略性科技力量建设作出自己的贡献。