張家口市國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和滅火救援研究

摘要：本文立足張家口市國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)和全國(guó)非水可再生能源第一大市的市情實(shí)際，調(diào)研分析了域內(nèi)風(fēng)電、光伏、氫能、儲(chǔ)能電站、氫燃料電池汽車等新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及滅火救援對(duì)策進(jìn)行初步探析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；光伏；制氫；儲(chǔ)能；氫燃料電池；消防救援

河北省張家口市是華北地區(qū)風(fēng)能和太陽能資源最豐富的地區(qū)之一。2015年7月，國(guó)務(wù)院批復(fù)設(shè)立張家口為全國(guó)首個(gè)國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)。截至目前，張家口市光伏電站、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模位居全國(guó)第一，已成為全國(guó)非水可再生能源第一大市。隨著新能源產(chǎn)業(yè)強(qiáng)力帶動(dòng)全市經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，也伴生出火災(zāi)防控和滅火救援的新風(fēng)險(xiǎn)、新挑戰(zhàn)。本文結(jié)合張家口市國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)的市情實(shí)際，通過實(shí)地調(diào)研張北、沽源、尚義、赤城、崇禮等縣（區(qū)）10余家風(fēng)電、光伏、制氫、儲(chǔ)能、氫燃料電池汽車等新能源產(chǎn)業(yè)，系統(tǒng)分析了新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)危險(xiǎn)性和滅火救援難點(diǎn)并提出對(duì)策建議。

一、張家口市國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)概況

張家口市大力推進(jìn)國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)建設(shè)，聚焦穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，積極培育能源轉(zhuǎn)型變革、綠色低碳發(fā)展的新典范[1]。

（一）綠色能源

張家口市光伏電站、風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模位居全國(guó)第一，可再生能源裝機(jī)規(guī)模位居全國(guó)非水可再生能源第一大市。高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)落地國(guó)家能源集團(tuán)、華能、大唐、華電、國(guó)電投等100多家發(fā)電企業(yè)。截至目前，已批復(fù)風(fēng)光電項(xiàng)目511個(gè)5502萬千瓦（風(fēng)電3052.6萬千瓦、光伏1625.6萬千瓦），累計(jì)完成可再生能源裝機(jī)規(guī)模2821萬千瓦，達(dá)到全市電力裝機(jī)總量的82.7%。集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能輸電于一體的張北國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程（風(fēng)電裝機(jī)500兆瓦、光伏裝機(jī)100兆瓦、儲(chǔ)能系統(tǒng)70兆瓦）規(guī)模位居全球第一。張北500千伏柔性直流工程每年為北京輸送綠電140億千瓦時(shí)，相當(dāng)于北京市年用電量的10%。

（二）綠電儲(chǔ)能

第一，電化學(xué)儲(chǔ)能。張家口市大力推進(jìn)磷酸鐵鋰、全釩液流、超級(jí)電容等多種儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用，已建成國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程、“奧運(yùn)風(fēng)光城”多能互補(bǔ)、鐵鉻液流電池儲(chǔ)能集成等示范項(xiàng)目。2022年6個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目（康保、沽源、尚義、懷安、赤城、察北6個(gè)儲(chǔ)能電站）列入省級(jí)規(guī)劃基本電網(wǎng)獨(dú)立儲(chǔ)能示范項(xiàng)目清單，總規(guī)模126萬千瓦。第二，抽水蓄能。全市共謀劃抽水蓄能項(xiàng)目23個(gè)，裝機(jī)規(guī)模2655萬千瓦。目前，尚義縣抽水蓄能電站（裝機(jī)規(guī)模140萬千瓦），已完成上下水庫(kù)、進(jìn)廠交通洞等工程。第三，壓縮空氣儲(chǔ)能。目前，中科院百兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能建設(shè)完工。300兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目已在赤城縣完成地勘、測(cè)繪。

（三）綠電制氫

張家口市搶占?xì)淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)，出臺(tái)《氫能張家口建設(shè)規(guī)劃（2019-2035年）》，初步形成氫能整車制造、燃料電池核心零部件、加儲(chǔ)氫設(shè)備制造等全產(chǎn)業(yè)鏈。張家口市加快推動(dòng)風(fēng)光耦合制氫示范項(xiàng)目建設(shè)，推動(dòng)“可再生能源+氫能”協(xié)同發(fā)展。目前，已建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)風(fēng)電制氫示范項(xiàng)目——沽源風(fēng)電制氫綜合利用示范項(xiàng)目；建成全國(guó)加氫量最大的創(chuàng)壩加氫站；先后培育和引進(jìn)海珀?duì)枴?guó)華投資、億華通、交投殼牌、廈門金龍等22家氫能企業(yè)，涵蓋氫能制儲(chǔ)運(yùn)加、燃料電池系統(tǒng)、整車和創(chuàng)新平臺(tái)等[2]。

（四）綠色交通

氫燃料電池汽車是2022年北京冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)賽事期間張家口市的主要交通用車。自2018年主城區(qū)氫能源公交車開始運(yùn)行，目前全市已累計(jì)投入氫燃料電池公交車444輛，成為全國(guó)氫燃料電池公交車數(shù)量第一的城市。同時(shí)，全市積極打造氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展格局，已建成投產(chǎn)年產(chǎn)萬臺(tái)燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目，成為國(guó)家燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)基地之一；引進(jìn)廈門金龍、氫奧汽車等覆蓋氫燃料電池特種車、專用車、商用車等整車制造項(xiàng)目。

二、張家口市新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)及滅火救援難點(diǎn)

此次調(diào)研涉及風(fēng)電、光伏、氫能、儲(chǔ)能電站、氫燃料電池汽車等不同類型新能源企業(yè)，消防救援隊(duì)伍所面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)和滅火救援難點(diǎn)各不相同[3]。

（一）風(fēng)力發(fā)電火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

張家口市風(fēng)電項(xiàng)目大多建設(shè)在位置偏遠(yuǎn)、海拔高、交通差的壩上高原或壩頭山地，隨著發(fā)電機(jī)組服務(wù)年限的增加，近幾年風(fēng)電火災(zāi)事故也偶有發(fā)生。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊，或者機(jī)械結(jié)構(gòu)剎車盤、軸承、齒輪箱等轉(zhuǎn)動(dòng)部件摩擦火花，或者控制柜、變流柜、變槳系統(tǒng)等電氣元件接頭松動(dòng)、導(dǎo)線過流等都會(huì)引發(fā)火災(zāi)。此外，風(fēng)電機(jī)組往往安裝在幾十米甚至上百米的高空，機(jī)組著火后消防力量到場(chǎng)很難有效滅火，一旦引燃風(fēng)機(jī)下方的森林草原，會(huì)帶來一定的社會(huì)影響。

（二）光伏電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

隨著張家口市光伏裝機(jī)容量的逐年攀升，隨之而來的故障起火風(fēng)險(xiǎn)也越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，光伏電站由直流側(cè)故障引發(fā)火災(zāi)占比高達(dá)80%。由于組件電壓疊加，一串組件電路往往具有600V—1000V直流高電壓，當(dāng)直流電路中出現(xiàn)線纜連接老化、連接器故障、型號(hào)不匹配、虛接情況時(shí)，在高電壓的作用下會(huì)產(chǎn)生直流電弧，出現(xiàn)明火，造成火災(zāi)。此外，還需特別注意：光伏發(fā)電系統(tǒng)往往帶有電壓超過1000V的直流電，在火災(zāi)撲救過程中高壓直流電持續(xù)存在，需高度防范滅火救援中的觸電風(fēng)險(xiǎn)。此外，冬春防火季節(jié)，野外光伏電站火災(zāi)也是引發(fā)森林草原火災(zāi)的誘因之一[4]。

（三）儲(chǔ)能電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)大多由鋰離子電池?zé)崾Э卦斐?。鋰離子電池主要由正極、隔膜、電解液、負(fù)極組成。正極為：磷酸鐵鋰、氧化鈷鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰；隔膜為：聚乙烯、聚丙烯；鋰電池電解液溶解有鋰鹽，有機(jī)溶液主要由磷酸二甲酯、碳酸甲乙酯 、硝酸二乙酯等按照一定比例混合而成，有機(jī)溶液具有高揮發(fā)性、易燃性、腐蝕性；負(fù)極材料是鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6。鋰離子電池燃燒后會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）、氫氟酸（HF）等毒性、腐蝕性氣體。綜上所述，儲(chǔ)能電站電池火災(zāi)具有固、液、氣和帶電等多種火災(zāi)屬性，消防滅火救援中存在爆炸、中毒、觸電、灼燙等風(fēng)險(xiǎn)。

（四）氫能和氫燃料電池汽車火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

目前，張家口市加氫站的外送氫氣均采用長(zhǎng)管拖車（35Mpa、70Mpa）進(jìn)行運(yùn)輸。由于氫氣具有點(diǎn)火能量低、爆炸極限范圍寬、燃燒速度快等易燃易爆特性，安全風(fēng)險(xiǎn)不容小覷。當(dāng)前，氫燃料車輛生產(chǎn)企業(yè)大多只考慮氣瓶的材料、防爆和單車事故安全底線，很少考慮壓縮氫氣在地下停車場(chǎng)、隧道等密閉空間發(fā)生泄漏、著火、爆炸的危害后果。由于消防救援隊(duì)伍缺乏受限場(chǎng)所氫燃料電池汽車火災(zāi)爆炸事故處置經(jīng)驗(yàn)，一旦發(fā)生事故，如果處置不當(dāng)，極易造成作戰(zhàn)傷亡。此外，氫燃料電池汽車動(dòng)力電池的驅(qū)動(dòng)電壓一般都在380V以上，商用車更是高達(dá)500V以上，滅火救援過程中，存在觸電風(fēng)險(xiǎn)[5]。

三、張家口市新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)防控和滅火救援對(duì)策

消防救援隊(duì)伍應(yīng)從“防、滅”兩個(gè)角度做好全市新能源產(chǎn)業(yè)的實(shí)地調(diào)研和風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，提升新能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)防控和滅火救援水平。

（一）風(fēng)電場(chǎng)防滅火措施

自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)：風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙及機(jī)艙平臺(tái)底板下部、塔架及豎向電纜橋架、塔架底部設(shè)備層、各類電氣柜應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)宜與風(fēng)電機(jī)組中心控制系統(tǒng)連接，傳輸至風(fēng)電場(chǎng)升壓站監(jiān)控系統(tǒng)；升壓站應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。其中無人值班的風(fēng)電場(chǎng)升壓站火災(zāi)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)信號(hào)應(yīng)傳至遠(yuǎn)方監(jiān)控中心。滅火系統(tǒng)：風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙及機(jī)艙平臺(tái)底板下部、輪轂、塔架底部設(shè)備層、機(jī)組變壓器、各類電氣柜應(yīng)配置自動(dòng)滅火裝置；單臺(tái)容量125MVA及以上的油浸式變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成泡沫噴淋系統(tǒng)、排油充氮系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置。滅火介質(zhì)：風(fēng)電機(jī)組多采用七氟丙烷、二氧化碳、惰性氣體滅火裝置，變流器、控制器等相對(duì)密閉的柜體多采用惰性氣體或高壓二氧化碳?xì)怏w滅火。偏航系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、變壓器等多采用細(xì)水霧添加阻燃藥劑或泡沫液等液體滅火介質(zhì)。

（二）光伏電站防滅火措施

消防設(shè)施：主控室、繼電器設(shè)備室、配電裝置室可選用感煙火災(zāi)探測(cè)器，主變壓器、電纜層和電纜豎井可選用線型感溫火災(zāi)探測(cè)器。主變壓器（單臺(tái)容量125MVA及以上）的應(yīng)設(shè)置合成型泡沫噴霧系統(tǒng)、水噴霧滅火系統(tǒng)。其他帶油電氣設(shè)備宜采用干粉滅火器。在缺水寒冷地區(qū)，可以選用排油注氮滅火裝置和合成泡沫噴淋滅火系統(tǒng)，戶內(nèi)封閉空間內(nèi)的變壓器也可采用氣體滅火系統(tǒng)。變壓器防火：變壓器在與其他建筑物貼鄰側(cè)應(yīng)設(shè)置防火墻。屋內(nèi)單臺(tái)總油量為100kg以上的電氣設(shè)備，屋外單臺(tái)油量為1000kg以上的電氣設(shè)備應(yīng)設(shè)置貯油或擋油設(shè)施，貯油設(shè)施內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)卵石層。電纜防火：由于光伏電站占地面積大、電纜分布廣，難以有效設(shè)置固定的滅火裝置，在電纜溝道內(nèi)應(yīng)采用防火分隔和阻燃電纜作為應(yīng)對(duì)電纜火災(zāi)的主要措施，集中敷設(shè)于溝道、槽盒中的電纜宜選用阻燃電纜[6]。

（三）氫能防滅火措施

第一，強(qiáng)化安全防范和制度建設(shè)。圍繞氫氣制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注的全生產(chǎn)鏈條和燃料電池汽車運(yùn)營(yíng)、停放、維修、保養(yǎng)的全作業(yè)場(chǎng)景以及制氫廠、加氫站、運(yùn)輸車、停保場(chǎng)等全關(guān)鍵要素，完善檢測(cè)認(rèn)證、質(zhì)量監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、應(yīng)急處置體系。第二，搭建氫能應(yīng)用全過程運(yùn)營(yíng)監(jiān)管。完善氫能應(yīng)用安全防護(hù)體系，建立應(yīng)急保障方案，提升安全運(yùn)營(yíng)能力，強(qiáng)化預(yù)警處置能力，為交通氫能發(fā)展建好安全屏障。第三，規(guī)范氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用管理要求。加氫站（含供氫站）的設(shè)計(jì)、施工和安全管理等，應(yīng)符合《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》《加氫站技術(shù)規(guī)范》和《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等要求。氫能產(chǎn)品運(yùn)輸車輛及其維保、檢測(cè)應(yīng)符合《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車輛結(jié)構(gòu)要求》和《危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)車輛安全技術(shù)條件》等要求。

（四）儲(chǔ)能電站防滅火措施

第一，完善消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。修正戊類火災(zāi)危險(xiǎn)性等內(nèi)容，并明確選址、防火間距、消防設(shè)施、泄壓排煙、電氣線路敷設(shè)、運(yùn)維檢修等。第二，提高電池本質(zhì)安全。針對(duì)電池電極材料易分解、電解液易燃等問題，研制高熔點(diǎn)SEI膜、難燃電解液等。同時(shí)，加強(qiáng)電池性能監(jiān)測(cè)預(yù)警和定期維保檢測(cè)，從源頭上提高電池安全性能。第三，應(yīng)用全氟己酮滅火系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，集報(bào)警、排煙、滅火的全氟己酮主動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)可有效撲救電池儲(chǔ)能設(shè)施火災(zāi)，應(yīng)鼓勵(lì)推廣全氟己酮滅火系統(tǒng)的應(yīng)用。第四，研發(fā)極早期報(bào)警設(shè)施。目前《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中普通煙感、主動(dòng)吸氣等探測(cè)報(bào)警裝置不能滿足實(shí)際需要，可在電池組內(nèi)設(shè)置熱釋離子探測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)在熱失控前的極早期預(yù)警[7]。

四、下一步工作建議

（一）持續(xù)開展新能源產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)調(diào)研

消防救援隊(duì)伍要結(jié)合本地新能源產(chǎn)業(yè)布局和企業(yè)情況，開展新能源產(chǎn)業(yè)專項(xiàng)摸底調(diào)研，針對(duì)不同類型新能源企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝路線和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，制定“一業(yè)一策”處置對(duì)策和應(yīng)急預(yù)案，抓實(shí)新能源火災(zāi)防控和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用工作。

（二）制定完善新能源企業(yè)類型預(yù)案

支隊(duì)、大隊(duì)、消防站要以“是什么、有什么危險(xiǎn)性、怎樣進(jìn)行處置”為主線，根據(jù)轄區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)門類、生產(chǎn)特點(diǎn)，按照災(zāi)情類型、災(zāi)情部位和災(zāi)害等級(jí)，科學(xué)制定新能源企業(yè)滅火救援類型預(yù)案，明確風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、力量編成、戰(zhàn)術(shù)方法、裝備應(yīng)用、藥劑儲(chǔ)備、安全警示等內(nèi)容，筑牢消防安全最后一道防線。

（三）優(yōu)化隊(duì)站建設(shè)和車輛裝備配備

一是針對(duì)風(fēng)電、光伏、氫能、儲(chǔ)能電站、氫燃料電池汽車等特殊場(chǎng)所災(zāi)情，要準(zhǔn)確辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，盡快出臺(tái)與實(shí)際、實(shí)戰(zhàn)相符的消防站建設(shè)、裝備配備指導(dǎo)意見。二是優(yōu)化新能源產(chǎn)業(yè)編隊(duì)、編組和單元力量構(gòu)成，科學(xué)選配滿足實(shí)戰(zhàn)需求的車輛及器材裝備[8]。

（四）提升新能源企業(yè)本質(zhì)安全水平

要強(qiáng)化和落實(shí)企業(yè)主體責(zé)任與政府監(jiān)管責(zé)任，按照“管行業(yè)必須管安全、管業(yè)務(wù)必須管安全、管生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)必須管安全”的原則，構(gòu)建安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制，切實(shí)提升新能源企業(yè)本質(zhì)安全水平。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：石朝陽（1985- ），男，漢族，河北滿城人，本科，初級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)，研究方向：滅火應(yīng)急救援。