淺談可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和消防對(duì)策

摘要：張家口市作為國(guó)家級(jí)可再生能源示范區(qū)，風(fēng)電、光伏、制氫、儲(chǔ)能、氫燃料電池汽車(chē)等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，同時(shí)存在的潛在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也給日常消防安全管控工作帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)研，積極為可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的消防安全管控工作建言獻(xiàn)策。關(guān)鍵詞：可再生能源；火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；消防安全管控2015年，國(guó)務(wù)院將張家口市選定為可再生能源示范區(qū)。截至目前，張家口市可再生能源裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)實(shí)現(xiàn)2821萬(wàn)千瓦，占據(jù)了全市電力裝機(jī)總量的82.7%。然而，隨著可再生能源產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，給日常消防安全管控工作也帶來(lái)了新挑戰(zhàn)。現(xiàn)結(jié)合張家口市可再生能源發(fā)展實(shí)際，實(shí)地調(diào)研風(fēng)電、光伏、制氫、儲(chǔ)能、氫燃料電池汽車(chē)等新能源企業(yè)，為可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的消防安全管控建言獻(xiàn)策。一、可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景和意義隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)能源資源逐漸枯竭，環(huán)境污染和氣候變化問(wèn)題日益嚴(yán)重，可再生能源開(kāi)發(fā)和利用受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注?？稍偕茉粗饕ㄌ?yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和地?zé)崮艿?，具有清潔、低碳、環(huán)保、可持續(xù)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)能源發(fā)展的主要方向?？稍偕茉撮_(kāi)發(fā)有利于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)化石能源的依賴(lài)，提高能源安全。在使用過(guò)程中還可以減少溫室氣體排放，對(duì)抗全球氣候變化，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。此外，可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)崗位，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。有利于提高人們的生活質(zhì)量，改善生活環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步。然而，在可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也不容忽視，需要采取有效的消防對(duì)策，確保產(chǎn)業(yè)安全可持續(xù)發(fā)展。二、可再生能源產(chǎn)業(yè)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析（一）風(fēng)力發(fā)電火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由大量的機(jī)械和電氣部件組成，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備老化、磨損，從而引發(fā)火災(zāi)。此外，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，一旦發(fā)生故障，火勢(shì)可能較大，救援難度較大。張家口市風(fēng)電項(xiàng)目大多建設(shè)在張北、康保、沽源、尚義、蔚縣、崇禮、赤城等地，海拔較高、全年風(fēng)力資源豐富。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，主要表現(xiàn)在：一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制柜、變流柜、變槳系統(tǒng)等電氣元件如果出現(xiàn)接頭松動(dòng)、觸點(diǎn)腐蝕、導(dǎo)線過(guò)流、碳刷過(guò)流等易引發(fā)火災(zāi)。二是機(jī)械結(jié)構(gòu)剎車(chē)盤(pán)、軸承、齒輪箱等轉(zhuǎn)動(dòng)部件摩擦產(chǎn)生火花，遇風(fēng)機(jī)內(nèi)部漏油及易燃物等易引發(fā)火災(zāi)。三是避雷設(shè)施選型設(shè)計(jì)不當(dāng)或接觸電阻過(guò)高，遭受雷擊易引發(fā)火災(zāi)。四是機(jī)組接地故障、電線短路時(shí)，電流迅速升高至額定電流的10—15倍，使電路嚴(yán)重超負(fù)荷而發(fā)熱導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生[1]。風(fēng)能發(fā)電機(jī)組的塔筒和葉片常被設(shè)置在幾十米乃至上百米的高處，一旦機(jī)組起火，風(fēng)扇下方的森林和草原易于被引燃，這會(huì)帶來(lái)更嚴(yán)重的社會(huì)影響。（二）光伏電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)據(jù)調(diào)研，光伏電站起火往往是因?yàn)樵O(shè)備老化、電氣短路、電纜破裂、觸點(diǎn)松動(dòng)、組件熱斑等，加上電站中雜草未及時(shí)清除，干枯后成為易燃物。光伏電站涉及大量的電氣設(shè)備，如光伏板、逆變器、電纜等。這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)槎搪?、過(guò)載等原因引發(fā)火災(zāi)。數(shù)據(jù)顯示，80%以上的光伏電站火災(zāi)是由直流側(cè)故障觸發(fā)。常規(guī)的組件電路經(jīng)常具有600V到1000V的直流高電壓，這是其工藝特色。如果直流電路中的連接器出現(xiàn)故障、接觸不良、老化或型號(hào)不兼容等問(wèn)題，這可能會(huì)觸發(fā)直流電弧進(jìn)而引起火災(zāi)。此時(shí)消防救援隊(duì)伍接到報(bào)警到場(chǎng)后，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)往往帶有電壓超過(guò)1000V的直流電，火災(zāi)撲救過(guò)程中高壓直流電持續(xù)存在，給滅火救援工作帶來(lái)較大的觸電風(fēng)險(xiǎn)[2]。另外，秋冬季野外風(fēng)力較大，森林草原等可燃物干枯易燃，野外光伏電站一旦起火，往往會(huì)引發(fā)較大森林草原火災(zāi)。（三）氫能火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式為氣態(tài)、液態(tài)、固體。氣態(tài)氫氣安全風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在點(diǎn)火能量低、爆炸極限（4%—75%）范圍寬以及燃燒速度快等。高壓氣態(tài)罐車(chē)是國(guó)內(nèi)技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。目前張家口市制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、加氫多以壓力氣瓶為主，加氫站的外送氫氣均采用長(zhǎng)管罐車(chē)（35Mpa、70Mpa）進(jìn)行運(yùn)輸，對(duì)車(chē)輛安全運(yùn)行、應(yīng)急處置提出更高要求。當(dāng)前，氫燃料車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)大多只考慮氣瓶材料、防爆和單車(chē)事故安全，很少考慮壓縮氫氣在地下停車(chē)場(chǎng)、隧道等密閉空間發(fā)生泄漏、著火、爆炸的危害后果。涉氫受限場(chǎng)所的泄爆抑爆處置風(fēng)險(xiǎn)極高，加之消防救援隊(duì)伍對(duì)氫燃料車(chē)輛動(dòng)力源形式、工作原理、設(shè)備布局、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、處置難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)措施研究較少，缺少受限場(chǎng)所氫燃料電池汽車(chē)火災(zāi)爆炸特征與防控處置技術(shù)，一旦發(fā)生事故，如按照慣性思維進(jìn)行處置，極易造成作戰(zhàn)傷亡。（四）電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)儲(chǔ)能電站電池火災(zāi)發(fā)展過(guò)程大致分為：某一電池單體熱失控→電池組熱失控傳播→儲(chǔ)能電站火災(zāi)、爆炸事故發(fā)生。SEI膜將會(huì)崩潰瓦解，PE膜將遭受熔化之厄，負(fù)極與電解液的化學(xué)反應(yīng)正在進(jìn)行。同時(shí)，正極也與電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，電解質(zhì)分解，燃燒電解液；在外部，觀察到的反應(yīng)表現(xiàn)為溫度快速升高，電池腫脹，殼體或防爆閥自動(dòng)啟動(dòng)，煙霧噴涌，直至產(chǎn)生燃燒或爆炸。此外，電化學(xué)儲(chǔ)能電站周?chē)赡芤泊嬖诨鹪矗缫盎?、煙頭等?；鹪词Э鼐蜁?huì)引發(fā)火災(zāi)，對(duì)設(shè)備和人員安全造成威脅。在電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安裝、維護(hù)和運(yùn)行過(guò)程中，也會(huì)因?yàn)槿藛T操作失誤而發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。（五）氫燃料電池汽車(chē)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)氫燃料電池汽車(chē)主要使用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，主要存在以下火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)：一是熱失控。指單位時(shí)間內(nèi)電池所產(chǎn)生（接受）的熱量超過(guò)其有效散熱能力，導(dǎo)致快速且不受控制釋放熱能的情形。二是產(chǎn)生毒性、腐蝕性及易燃?xì)怏w。電池燃燒會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）、氰化氫（HCN）、氫氟酸（HF）等具有毒性、腐蝕性及易燃性氣體，在密閉空間中會(huì)形成爆炸性環(huán)境。三是觸電。氫燃料電池汽車(chē)動(dòng)力電池的驅(qū)動(dòng)電壓一般都在380V以上，商用車(chē)更是高達(dá)500V以上，遠(yuǎn)超人體安全電壓[3]。此外，氫燃料電池汽車(chē)在行駛、停車(chē)等過(guò)程中，可能遭受外部火源侵襲，如交通事故、其他車(chē)輛火災(zāi)等。在氫燃料電池汽車(chē)制造、維修和運(yùn)行過(guò)程中，人員操作失誤也可能導(dǎo)致火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。三、火災(zāi)防控和滅火救援對(duì)策（一）風(fēng)電機(jī)組防滅火措施首先，做好火災(zāi)檢測(cè)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部位設(shè)置檢測(cè)儀器，常見(jiàn)探測(cè)器如感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、感光探測(cè)器以及空氣采樣探測(cè)器等。感煙探測(cè)器一般被用作一級(jí)警報(bào)系統(tǒng)，通常被安裝在封閉空間如機(jī)艙、變頻器柜、控制柜、電纜橋架等地方；感溫探測(cè)器、感光探測(cè)器以及空氣采樣探測(cè)器等常被使用作為二級(jí)或三級(jí)報(bào)警設(shè)備，通常被安裝在容易產(chǎn)生火花和電弧的發(fā)電機(jī)、剎車(chē)制動(dòng)器、轉(zhuǎn)子接線盒等地方。其次，合理選擇滅火介質(zhì)。在大部分情況下，我們會(huì)采用含有高壓二氧化碳（CO2）或稀有氣體（例如氮?dú)饣驓鍤猓┗蚱叻榈鹊臍怏w滅火系統(tǒng)，目的是為了能夠迅速撲滅火源。另外，在處理電氣火災(zāi)時(shí)，常常會(huì)看到使用細(xì)水霧并混入具有阻燃性質(zhì)的添加劑或泡沫液情況。風(fēng)電機(jī)組中諸如變流器和控制器等重要設(shè)備，通常會(huì)配備以稀有氣體、高壓二氧化碳為基礎(chǔ)的氣體滅火系統(tǒng)，從而確保設(shè)備安全[4]。此外，剎車(chē)系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、液壓站、變壓器等設(shè)備，一般都會(huì)安裝阻燃劑、泡沫細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。（二）光伏電站防滅火措施鑒于光伏電站電氣設(shè)備的特征，主控房、配電設(shè)施室以及繼電設(shè)備室都可以安裝感煙火災(zāi)探測(cè)器；主變電器、電纜層以及電纜豎井內(nèi)則適宜裝置線型感溫火災(zāi)探測(cè)器；對(duì)于主變電器有125MVA以上單臺(tái)設(shè)備容量的，應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧系統(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)，對(duì)于戶內(nèi)封閉空間的變壓器也可采用氣體滅火系統(tǒng)。另外，由于光伏電站占地面積大，電纜分布廣，無(wú)法針對(duì)電纜設(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。在光伏電站周?chē)鷳?yīng)設(shè)置防火隔離帶，防止外部火源蔓延至電站。在電站內(nèi)部，對(duì)易燃物品進(jìn)行隔離存放，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。（三）氫能防滅火措施一是強(qiáng)化安全防范和制度建設(shè)。圍繞氫氣制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注的全生產(chǎn)鏈條和燃料電池汽車(chē)運(yùn)營(yíng)、停放、維修、保養(yǎng)的全作業(yè)場(chǎng)景以及制氫點(diǎn)、加氫站、運(yùn)輸車(chē)、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。二是搭建氫能應(yīng)用全過(guò)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。配備泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理泄漏，避免氫氣積聚導(dǎo)致火災(zāi)。三是規(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》（GB50177）、《加氫站技術(shù)規(guī)范》（GB50516）和《汽車(chē)加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50156）等要求。氫能產(chǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛及其維保、檢測(cè)應(yīng)符合《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車(chē)輛結(jié)構(gòu)要求》和《危險(xiǎn)貨物道路運(yùn)輸營(yíng)運(yùn)車(chē)輛安全技術(shù)條件》等要求[5]。在氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置足夠的防火距離，確保氫氣泄漏時(shí)不會(huì)直接接觸到火源。（四）儲(chǔ)能電站防滅火措施儲(chǔ)能電站作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，其安全性至關(guān)重要。儲(chǔ)能電站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自電池?zé)崾Э?、電氣設(shè)備故障、電池管理系統(tǒng)故障等。首先，要提高電池的本質(zhì)安全。建議由國(guó)家相關(guān)部門(mén)圍繞火災(zāi)發(fā)生三要素，解決電池電極材料易分解、電解液易燃等問(wèn)題，研制高熔點(diǎn)SEI膜、難燃電解液等，研究制定更加有效的防護(hù)措施，控制電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生連鎖反應(yīng)，從源頭上提高電池的安全性能。其次，完善儲(chǔ)能電站消防安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。修正其戊類(lèi)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。最后，探索極早期報(bào)警設(shè)施的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。目前《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求的普通煙感、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，對(duì)電池內(nèi)部發(fā)生的熱解反應(yīng)產(chǎn)生的熱解離子進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)在熱失控前的極早期預(yù)警。（五）氫燃料電池汽車(chē)防滅火措施氫氣具有高燃爆性，防止氫氣泄漏是防火安全的關(guān)鍵。首先，落實(shí)燃料電池汽車(chē)安全要求。根據(jù)《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)安全要求》（GB/T24549）和電動(dòng)汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)要求，氫燃料電池車(chē)應(yīng)防止氫氣泄漏爆炸，特別是在地下停車(chē)場(chǎng)、交通樞紐、公路隧道等場(chǎng)所要提高防爆等級(jí)。要配備完善的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池溫度，避免過(guò)熱。其次，開(kāi)發(fā)新型高效滅火劑。針對(duì)氫燃料電池汽車(chē)及車(chē)載鋰電池特有的火災(zāi)特性，應(yīng)研發(fā)新型高效、防復(fù)燃、防短路的滅火劑。比如：可研制移動(dòng)液氮滅火裝備，火災(zāi)發(fā)生后由消防救援人員遙控進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，在預(yù)先設(shè)置在氫燃料電池汽車(chē)電池艙外的滅火藥劑注入口灌注液氮，通過(guò)極低溫度的液氮對(duì)艙內(nèi)進(jìn)行降溫窒息滅火。對(duì)氫燃料電池汽車(chē)的使用者、維護(hù)人員進(jìn)行定期安全培訓(xùn)，使其了解和掌握防火安全知識(shí)和滅火器使用技能，并定期進(jìn)行火災(zāi)應(yīng)急演練，提高應(yīng)對(duì)火災(zāi)的能力。最后，制定滅火作戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)流程。針對(duì)氫燃料電池汽車(chē)燃爆特性，加強(qiáng)滅火救援現(xiàn)場(chǎng)偵檢、安全距