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」與「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
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
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
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
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
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
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
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%
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
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
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
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。
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
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
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)
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
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
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
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
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。
- 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