全钒液流电池储能电站职业性危害风险辨识及预防

辽宁力康职业卫生与安全技术咨询服务有限公司 赵亦农

沈阳工程学院 王雪杰

辽宁省安全科学研究院 白彩军 齐磊|文

全钒液流电池储能系统，是目前一种新型储能系统，具有较好的动态吸收能量并适时释放的特点，可平拟风电、光伏等并网功率，提高输出功率的可控性，更可靠地调节有效电源，从而提高电网对风电、光伏电的接纳能力，提高风电资源利用效率，促进节能减排。

参照《建设项目职业病危害风险分类管理目录（2012年版）》（安监总安健〔2012〕73号）目录，储能电站可列入“电力供应”，定性为“职业病危害一般的建设项目”。正因为如此，全钒液流电池储能电站运行过程中存在的职业性危害易被忽视，如果职业病防治投入不足、防护设施存在缺陷、管理不善、劳动者缺乏防护知识或疏忽、个体防护不当等，很可能会导致职业病发生，因此，全钒液流电池储能电站运行过程中存在的职业性危害也不容忽视。

工艺分析

本文以龙源沈阳风力发电有限公司卧牛石风电场的5 MW·h及10 MW·h全钒液流电池储能系统为实例，进行职业病危害辨识分析。该风电场发电总装机规模为49.5 MW，储能系统功率占风电场总装机容量比例约为10%。该储能系统于2013年2月并网使用，是目前全球范围内投入运行的最大规模全钒液流电池储能系统。

该储能系统由电堆、电解液储罐、电子控制装置3部分组成，其中电堆是液流电池的核心，是电解液溶液发生电化学反应的场所；电解液是电池中的能量储存介质，通过输送管路和送液泵等实现电解液储存及分配；电子控制装置控制电池系统运行，实现充放电循环，并监控电池运行时的相关参数。

全钒液流电池是一种化学储能电池，与通常蓄电池中活性物质被包含在电池正负极内不同，其正负极氧化还原活性物质分别溶解于装在两个储液罐中的电解质溶液里，通过循环泵推动溶液进入电堆。电解质溶液在电堆中循环流动，溶液中的活性物质在离子传导模两侧的多孔电极上分别发生电化学还原和氧化反应。充放电过程中，为保持传导模两侧溶液的电荷平衡，从离子传导模一侧向另一侧发生离子的迁移。

该储能系统的电能储存介质为硫酸电解液，含有的活性物质为“钒离子”，储存在电池外部储罐中，通过循环系统流经电堆，在电极表面发生氧化还原反应。放电时，电池正负极电势差降低，化学能转化为电能；充电时，电池正负极电势差升高，电能转化为化学能，实现电能的存储与释放。电池工作时，电堆中发生反应；正极：VO2++H20-e- VO2++2H+；负极：V3++e- V2+。

全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，作为一种新型储能电池，其功率取决于电池单体的面积、电池模块单体电池层数和电堆的串并联数；而储能容量取决于电解液体积和活性物质的浓度，两者可独立设计，较为灵活。

职业危害辨识及分布

电堆

电堆是电解液溶液发生电化学反应的场所。若电堆发生电解液渗漏或泄漏，可产生的职业病危害因素有硫酸、硫酸钒、硫酸亚钒等，另外充放电过程中电堆存在工频电场。

电解液储罐

电解液储罐用来存储电解液，能量储存介质为硫酸体系电解液。电解液存储、输送过程中，若发生渗漏或泄漏，可产生的职业病危害因素有硫酸、硫酸钒、硫酸亚钒等，电解液输送泵运行过程中会产生噪声危害。

电力控制装置

电力控制装置用来控制电池运行，实现充放电循环控制，主要设备有储能逆变器、电池管理屏柜、变压器等。这些设备运行过程中存在的职业病危害因素有工频电磁场、噪声（电磁性噪声）等，其中储能逆变器运行过程中可产生高频电磁场。

需要说明的是，目前我国无硫酸钒、硫酸亚钒的职业接触限值，现场噪声8 h等效声级小于85 dB（A），不属于噪声作业。

预防措施

防护设施情况

电解液的输送、装卸及运输采用机械化和自动化设备。电堆设备、电解液储罐、输送管道及接头处采取有效的密闭措施，避免发生电解液渗漏和泄漏。电解液储罐、输送管道、输送泵采用耐酸腐蚀材料，其中电解液储罐布置在液流槽内。电堆、管道阀门、管道接口等处设置接液盒，接液盒均采用耐酸腐蚀材料。电解液输送管道设置液体泄漏报警装置，报警信息能及时传到就近监控系统及远程监控系统，并与系统停机运行联锁。储能电池间有良好的通风设施，当自然通风无法满足通风要求时，辅以机械通风。采取屏蔽、接地等措施，降低电力控制系统设备产生的工频电场对人体的危害。储能电站选用低噪声设备，并安装减振措施。

职业病防护设施

一是为防止电解液跑、冒、滴、漏，电解液装卸宜采用负压抽吸、泵输送或自流输送方式，避免人工直接操作。

二是根据GB 50046—2008《工业建筑防腐蚀设计规范》的要求，应对储能电池间相关辅助设备及管道、钢梯、钢平台扶梯等进行防酸腐蚀处理。

三是当设有电解液事故储存池时，液流槽容积宜按最大一组电池组正负极两罐酸液容量20%设计；当未设有电解液事故储存池时，液流槽容积宜按最大一组电池组正负极两罐电池液容量100%设计。电池液事故储存池容积宜按最大一组正负极两罐酸液容量100%设计。

四是储能电池间应设有漏液收集装置，降低因电解液泄漏带来的危害，漏液收集装置应至少实现收集、循环利用或安全处理等功能中的一项。

五是电解液污水应集中排放至污水处理池，污水处理池中的溶液应经无毒化处理，并达到环保要求后排放。

六是储能电池间通风设施的排风出口应设置在易于扩散的通风处，远离门、窗及进风口和人员经常停留或经常通行的地点。

七是根据储能电池间内产生的有害气体，在相应的部位设置防爆型排风机，正常通风次数不应小于3次/h，事故通风换气次数不宜小于12次/h。配电室、电容器室等相关电气设备室事故通风换气次数不应小于10次/h。

八是户外布置的六氟化硫断路器宜设置气体压力传感器；户内布置的六氟化硫断路器宜在低位设置固定式或移动式室内空气中氧含量报警器及六氟化硫气体浓度探测仪。

应急救援设施

一是储能站区的高处应设置风向袋或风向标。

二是在事故状态下，应确保事故通风、监测报警装置、现场紧急处置设施完好、有效。

三是根据HG 20571—2014《化工企业安全卫生设计规定》的要求：在有毒危害的作业环境中，储能电池间应设置不断水的淋洗器和洗眼器，其保护半径不应大于15 m，考虑到我国北方冬季寒冷、户外易结冰等实际情况，故冬季应采取必要的防冻措施。

四是根据GBZ1—2010《工业企业设计卫生标准》的要求：有能发生化学性灼伤及经皮肤黏膜吸收引起急性中毒的工作地点或车间，应根据可能产生或存在的职业病危害因素及其危害特点，在工作地点就近设置现场应急处置设施。储能电站电解液为酸性物质，若泄漏可发生酸灼伤，故应就近设置气体防护柜、个人防护用品、急救箱、急救处理的设施以及应急救援通讯设备等设施；急救箱应当设置在便于劳动者取用的地点，并由专人负责定期检查和更新。

五是根据GB/T 11651—2008《个体防护装备选用规范》的要求，结合储能电站实际存在的职业病危害因素，气体防护柜内应至少配备防酸面罩、防酸手套、防酸服和防酸鞋等防护用品。急救箱配备内容应根据职业病危害的性质、接触人员的数量等配备，不可缺少防酸灼伤药品。

六是应急救援设施应有清晰的标志，并设有专人定期保养维护。

七是储能电站应编制电解液泄漏专项应急救援预案和酸灼伤专项处置方案、酸性气体中毒专项处置方案等。

职业健康检查

企业依据GB Z188—2014《职业健康监护技术规范》的要求，结合储能电站岗位工人可能接触职业病危害因素的特点，为电工作业、酸雾作业人员进行相应的上岗前、在岗期间、离岗时和应急的职业健康检查，并将检查结果告知作业人员本人。

一是酸雾或酸酐作业上岗前职业禁忌证：牙酸蚀病、慢性阻塞性肺病、支气管哮喘；在岗期间职业禁忌证：慢性阻塞性肺病，职业病为职业性牙酸蚀病、职业性接触性皮炎、职业性哮喘；职业健康检查周期为2年。

二是电工作业上岗及在岗期间的职业禁忌证：癫痫、晕厥（近一年内有晕厥发作史）、2级及以上高血压（未控制）、红绿色盲、器质性心脏病或各种心率失常、四肢关节运动功能障碍；职业健康检查周期为2年。

企业不得安排有职业禁忌证的人员从事相应的作业，发现有职业禁忌证或与措施职业相关的健康损害的作业人员，应及时调离原工作岗位，并妥善安置员工。企业须建立、健全职业卫生档案和劳动者健康监护档案。

其他

根据储能电站存在的职业病危害因素种类及强度（浓度），正常运行过程中岗位工人接触有害物质的可能性较小，建议辅助用室按照卫生特征四级进行设置，同时应避开有害物质、病原体、高温等职业性危害因素的影响，建筑物内部构造应易于清扫，卫生设备便于使用。

储能电站间采暖设备的容量和布置方式应确保室内温度均匀分布，且不宜靠近电解液储罐；不应采用明火采暖，若采取电采暖供暖应采用防爆型采暖设备。其采光以自然采光为主，人工照明为辅的照明方式，照明设计宜避免眩光，充分利用自然光，光源位置的悬着应避免产生阴影，灯具选用防爆、防腐蚀密闭式等。储能电站附近应设置“当心有毒气体”“当心腐蚀”“注意通风”“当心非电离辐射”等警告标志牌。

电解液输送管道不宜从仪表控制室、变配电室和劳动者经常停留或通过的辅助用室的空中或地下通过，若需要通过时，应严格密闭，并应具备抗压、耐腐蚀等性能，以防止电解液泄漏。

全钒液流电池储能电站运行过程中可能产生或存在的职业病危害因素有硫酸、硫酸钒、硫酸亚钒、工频电场、高频电磁场等。工频电场、高频电磁场一般不会超出职业接触限值，正常情况下电解液也不会泄漏，故这些职业病危害因素接触的机会较小，但不能因此而忽视了职业危害防护与管理工作。企业需要从职业病防护设施、应急救援设施、职业健康检查等多方面强管理与防护，切实保证劳动者的人身健康与权益，防治职业病。

编辑 段雅楠