儲能櫃的消防設備與設施

整理者: 消防設備師 曹銘嘉, 消防設備士 黃明忠, 賴哲民(大學教授退休)

儲能櫃火災的特殊性(熱失控、自供氧、易復燃)決定了傳統消防方法效果有限。 有效的消防系統必須圍繞「高效冷卻」「早期偵測」「防止蔓延」三大核心原理設計。

本節介紹針對儲能系統的專業滅火設備、偵測方法,以及符合NFPA 855標準的安全設計要求。

滅火原理

1. 高效冷卻(首選與核心)

最關鍵的滅火原理: 將電池芯的溫度降至熱失控閾值以下,中斷其自生熱的化學反應鏈。

實現方式:

  • 大量噴水: 雖然水會導電,但在大型火場中,斷電後使用細水霧或噴水是最有效且經濟的冷卻方式
  • 水的優勢: 高比熱容能帶走大量熱能,並稀釋有毒氣體
  • 專用滅火劑: A類泡沫能改變水的表面張力,使其更容易滲透至電池包內部
2. 窒息與隔絕氧氣(輔助)

移除燃燒三要素中的「助燃物」,但對電池內部深層火災效果有限(因自供氧)。

實現方式:

  • 全氟己酮: 絕緣、易氣化、清潔,適合機櫃內早期抑制
  • 二氧化碳: 適用於電氣火災與窒息
  • 惰性氣體: 氮氣、氬氣等,降低氧氣濃度

⚠️ 重要: 對於會釋放氧氣的NMC電池,窒息法效果極為有限

結論

冷卻是關鍵,窒息是輔助。無法終止電池內部的電化學反應,就無法徹底撲滅火災。 因此,持續且大量的冷卻是最終有效手段。

滅火設備與藥劑

全氟己酮 (FK-5-1-12 / Novec 1230)

櫃內級 - 早期抑制專用

特性與優勢:

  • 絕緣性佳: 不導電,適用於帶電設備
  • 易氣化: 快速蒸發,不留殘渣
  • 清潔環保: 對設備無損害,ODP=0
  • 快速滅火: 化學抑制+物理冷卻
  • 人員安全: 低毒性,適合有人場所

應用場景:

  • 🔹 電池櫃內部自動滅火系統
  • 🔹 資料中心儲能系統(避免水損)
  • 🔹 充電樁儲能櫃
  • 🔹 初期火災快速撲滅

局限性:

⚠️ 鋰電池易復燃,全氟己酮可快速滅火但存在一定的抑制作用, 需配合後續冷卻措施

細水霧 (Water Mist)

櫃內/櫃外 - 冷卻與窒息兼具

特性與優勢:

  • 高效冷卻: 水霧粒徑小(通常<100μm),蒸發吸熱效率高
  • 稀釋煙氣: 降低有毒氣體濃度
  • 窒息作用: 水蒸氣置換氧氣
  • 用水量少: 相比傳統噴淋,用水量減少80%以上
  • 穿透力強: 能滲透至電池包內部

系統類型:

  • 超高壓細水霧: 壓力100-200 bar,霧化效果最佳
  • 高壓細水霧: 壓力35-100 bar,常用於固定系統
  • 中壓細水霧: 壓力12-35 bar,成本較低

應用場景:

  • 🔹 大規模電網級儲能貨櫃
  • 🔹 工商業儲能系統
  • 🔹 地下停車場儲能設施
水噴淋系統 (Water Sprinkler)

系統級 - 大流量持續冷卻

特性與優勢:

  • 大流量供水: 持續數小時甚至數天的冷卻
  • 成本最低: 技術成熟,維護簡單
  • 最終手段: 當其他方法失效時的最後防線
  • 防止復燃: 持續冷卻直至溫度降至安全範圍

設計要點:

  • 🔹 噴淋密度: 12-20 L/min/m²
  • 🔹 持續時間: 至少2小時
  • 🔹 水源: 消防水池+消防泵
  • 🔹 排水: 防火廢水收集池

注意事項:

⚠️ 需確保儲能櫃具備高防護等級(IP55以上),防止外部噴水導致櫃內電氣短路

A類泡沫 (Class A Foam)

輔助 - 增強水的冷卻效果

特性與優勢:

  • 降低表面張力: 使水更容易滲透至電池包內部
  • 增強冷卻: 泡沫附著在表面,延長冷卻時間
  • 抑制復燃: 形成隔離層,阻止氧氣接觸

應用方式:

  • 🔹 與水噴淋系統混合使用
  • 🔹 消防隊移動式泡沫槍
  • 🔹 濃度: 0.1-1%
多層次防護策略
第一層

櫃內級 - 全氟己酮自動滅火

偵測到煙霧或溫度異常,立即釋放,撲滅初期火焰

第二層

櫃內/櫃外 - 細水霧系統

若火勢未能控制,啟動細水霧進行局部冷卻與窒息

第三層

系統級 - 水噴淋/消防栓

火勢擴大,啟動大流量水噴淋,持續冷卻防止蔓延與復燃

第四層

消防隊 - 專業撲救

消防隊到場,使用移動式設備(泡沫槍、熱成像儀)進行定向撲救

火災偵測方法

早期預警是阻止災害擴大的關鍵。在熱失控發生前進行預警與介入,遠比火災發生後再撲救更為有效。 儲能系統必須採用多層次、複合式偵測策略

熱影像儀(最佳早期預警)

在熱失控發生前偵測到電池模組的局部過熱點,實現極早期預警

  • ✓ 全域溫度掃描
  • ✓ 熱點自動識別
  • ✓ 溫度趨勢分析
  • ✓ 適用於高風險NMC電池群
一氧化碳偵測器(關鍵)

電解液揮發與分解會產生一氧化碳,是成本效益極高的早期預警手段。

  • ✓ 偵測電解液揮發氣體
  • ✓ 比煙霧偵測更早
  • ✓ 成本低,易於部署
  • ✓ 適用於所有鋰電池類型
VESDA極早期吸氣式偵測

主動吸取空氣樣本進行分析,比傳統煙霧偵測器靈敏度高1000倍。

  • ✓ 極早期預警(煙霧濃度0.005%即可偵測)
  • ✓ 適用於資料中心等關鍵設施
  • ✓ 可分級警報(警告/行動/火警/緊急)
可燃氣體偵測器

偵測電解液分解產生的甲烷、乙烷等可燃氣體,以及氫氣(鉛酸電池)。

  • ✓ 氫氣偵測(鉛酸電池充電區)
  • ✓ 烴類氣體偵測
  • ✓ 爆炸下限(LEL)監測
煙霧偵測器

傳統但必要的偵測手段,偵測可見煙霧粒子。

  • ✓ 光電式煙霧偵測器
  • ✓ 離子式煙霧偵測器
  • ✓ 每機櫃內部設置
溫度偵測器

在電池櫃內關鍵點設置溫度感測器,與BMS整合。

  • ✓ 定溫式(達到設定溫度報警)
  • ✓ 差溫式(溫度上升速率報警)
  • ✓ 多點分佈式監測

NFPA 855標準要求

NFPA 855: Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems

美國國家防火協會制定的儲能系統安裝標準,是國際公認的權威規範

主要章節:

  • 施工文件
  • 應變計劃和培訓
  • 危害緩解分析
  • 存放可燃物規定
  • 儲能設備規定
  • 煙霧和火災探測
  • 火災控制與抑制
  • 安全相關設備
  • 防火安全
  • 位置和應用
  • 防護與修復

關鍵要求:

  • 防火區劃: 儲能系統獨立區劃,防火時效至少1小時以上
  • 安全間距: 戶外設置應距離公共道路、建築物保持適當距離(通常≥8米)
  • 偵測系統: 必須設置偵煙式探測器、氣體探測器
  • 滅火系統: 經認可之撒水系統,或通過大尺度滅火試驗的替代方案
  • 通風系統: 確保可燃氣體不積聚
  • 應變計畫: 制定並定期演練消防應變計畫

台達電安全設計案例

獨立機櫃、分艙管理

台達儲能系統安全設計亮點

核心設計理念

即便單一電池模組失火,也能將火勢阻絕在同一機櫃內, 防止熱蔓延至相鄰機櫃,避免災難性後果。

關鍵技術:

  • 陶瓷防火材: 機櫃內配置耐溫1260°C的陶瓷防火材
  • 獨立艙室: 每個電池模組獨立隔離
  • 洩壓設計: 安全洩壓閥,防止爆炸
  • 熱阻隔: 艙室間熱阻隔設計

多重防禦策略:

  • 防護層01: 電氣訊號異常管理(BMS)
  • 防護層02: 外部警報通訊系統
  • 防護層03-10: 多層次火災防護(偵測、滅火、隔離)

設計哲學:不追求「絕對不起火」的不切實際目標,而是確保「即使起火也能控制在最小範圍內」, 這是更務實且可靠的安全策略。

消防設備關鍵要點
  • 冷卻是核心: 無論使用何種滅火劑,最終都需要大量冷卻才能徹底撲滅並防止復燃
  • 早期偵測是關鍵: 投資熱影像儀、一氧化碳偵測器等先進設備,實現極早期預警
  • 多層次防護: 櫃內全氟己酮+細水霧+系統級水噴淋,層層防護
  • 防止蔓延優先: 分艙隔離設計比撲滅單一火源更重要
  • 符合國際標準: 遵循NFPA 855等權威規範,確保設計合規且可靠