Strefa techniczna
Dzielimy się z Tobą wiedzą i doświadczeniem, które zdobyliśmy we współpracy z najlepszymi w Polsce i na świecie w dziedzinie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego i pożarowego.
Magazyny energii mają niezaprzeczalnie wiele zalet, a ich pozycja będzie się tylko umacniać wraz z postępem technologicznym w przemyśle. Przede wszystkim naturalnym skutkiem wzrostu popularności odnawialnych źródeł energii jest wzrost zapotrzebowania na jej proste i wygodne magazynowanie. Ilość prądu generowanego przez farmy wiatrowe i ogniwa fotowoltaiczne jest zmienna i niezależna od chwilowego zapotrzebowania. Warunki dyktuje natura i musimy się do niej dostosować, jeśli chcemy wykorzystać pełny potencjał OZE. Możliwość wykorzystania wygenerowanej energii w innym czasie jest tu niezbędna.
Oczywiście magazyny energii nie potrzebują OZE, żeby dawały wymierne korzyści. Poprzez wykorzystanie różnic w cenach prądu w różnych taryfach można wiele zaoszczędzić, jednocześnie odciążając i wspierając sieć. Zastosowań jest jeszcze więcej: mogą wspierać zakład w przypadku awarii, wspomagać zasilanie miejsc bez dostępu do sieci elektrycznej itp. Pewne jest zatem, że magazyny energii będą nieodłączną częścią przemysłu przez długi czas.
Większość powstających współcześnie magazynów działa w oparciu o akumulatory litowo-jonowe. Są to bardzo wydajne, czy też „gęste” energetycznie ogniwa, które można ładować i rozładowywać wielokrotnie przy niewielkim spadku sprawności na przestrzeni lat. Ich właściwości czynią je niezwykle wydajnym rozwiązaniem, ale wiąże się ono z pewnymi zagrożeniami. Ryzyko zapłonu i eksplozji takich baterii jest wysokie, tak samo jak reakcyjność litu. Sprawia to, że pożar magazynu energii staje się nie tylko bardzo szkodliwy, ale i niemal niemożliwy do ugaszenia.
Elektrolit wykorzystywany w tych popularnych bateriach zawiera sole litu, który jest pierwiastkiem niezwykle łatwopalnym i gwałtownie reagującym z wodą. Jednak największym zagrożeniem, które jednocześnie jest trudne do wykrycia, jest tzw. ucieczka termiczna (ang. thermal runaway). Zjawisko to polega na reakcji łańcuchowej, która produkuje ogromne ilości ciepła. Może spowodować wzrost temperatury wewnątrz ogniwa nawet do 700°C w krótkim czasie. Nie jest to proces spalania, więc do zajścia nie potrzebuje tlenu i może trwać nawet podczas całkowitego zanurzenia pod wodą. Do zainicjowania ucieczki termicznej wystarczy często drobna wada konstrukcyjna lub niewielki wzrost temperatury otoczenia, np. ponad 60°C.
Ten proces jest niemożliwy do zatrzymania, kiedy już wystąpi, a do tego powoduje wydzielanie łatwopalnych gazów. Niemal jedną trzecią powstających w tym procesie substancji stanowi wodór, który bynajmniej nie jest jedynym mogącym zapłonąć. W połączeniu z wysoką temperaturą może to łatwo doprowadzić do pożaru lub eksplozji. Jeśli już taki pożar magazynu energii ma miejsce, ugaszenie go jest bardzo trudne. Ciągła produkcja ciepła i mieszanki wybuchowych gazów skutecznie podtrzymuje nawet aktywnie zwalczany płomień. Próba gaszenia wodą powoduje jedynie kolejną gwałtowną reakcję z litem, podczas której wydziela się inna, skłonna do samozapłonu, mieszanka gazów. W przypadku dopuszczenia do ucieczki termicznej pozostaje tak naprawdę jedynie próba kontrolowania i powstrzymania rozprzestrzeniania się pożaru.
Ze względu na to, jak trudne do opanowania są skutki zapłonu, kluczowe jest niedopuszczenie do incydentu w ogóle. Przede wszystkim ogniwa są poddawane rygorystycznym testom, by potwierdzić ich bezpieczeństwo. Sprawdzane jest ich zachowanie nie tylko podczas standardowej pracy, ale też w przypadku poważnych uszkodzeń. Jednak podstawową rzeczą, o którą trzeba zadbać już na etapie projektowania magazynów pełnych akumulatorów, jest właściwe chłodzenie. Zazwyczaj jest to osiągane wymuszoną wentylacją magazynów, ale dodatkowe metody również są często wykorzystywane. Temperatura ogniw powinna być również stale monitorowana, by móc zareagować zanim osiągnie niebezpieczny poziom. Podobnego nieprzerwanego nadzoru wymaga napięcie, jakie występuje na bateriach, ponieważ jego nagłe skoki również mogą doprowadzić do reakcji łańcuchowej.
Kontener lub pomieszczenie, w którym znajdują się ogniwa, powinien być również wyposażony w detektory gazów powstających podczas ich niewłaściwej pracy. W wypadku wykrycia którejkolwiek z substancji świadczących o wystąpieniu ucieczki termicznej cały magazyn powinien zostać natychmiast wyłączony.
Ostatecznie potrzebne są również metody uwalniania ciśnienia. Cały obiekt powinien być wyposażony w panele dekompresyjne do odciążania wybuchu. Dzięki temu, jeśli już nastąpi pożar magazynu energii, szkody przez niego wyrządzone zostaną zminimalizowane. Jednak nie tylko ciśnienie pochodzące z eksplozji może potrzebować ujścia. Parujący podczas ucieczki termicznej elektrolit wewnątrz akumulatora zwiększa swoją objętość tysiąckrotnie. Dlatego każdy moduł powinien mieć możliwość wypuszczenia tej pary poprzez specjalne zawory bez rozsadzania go od środka. Wydostające się w ten sposób gazy, choć wybuchowe, mają szansę zostać jeszcze bezpiecznie usunięte. Dzięki temu można zapobiec katastrofie nawet w przypadku wystąpienia tej groźnej reakcji łańcuchowej.
Próba gaszenia płonących ogniw litowo-jonowych przy użyciu wody może jedynie pogorszyć sytuację. Do tego celu zostały zaprojektowane specjalne gaśnice z wodną dyspersją wermikulitu. Ta substancja została zaprojektowana tak, aby powstrzymać dopływ tlenu do palącego się akumulatora. Nie jest w stanie jednak w żaden sposób wpłynąć na trwającą równocześnie wewnątrz ucieczkę termiczną. Stale powstają zatem duże ilości palnych gazów i ciepła potrzebnego do ich zapłonu, co może powodować odnowienie pożaru. W takiej sytuacji jedyną opcją jest pilnowanie magazynu, by zagrożenie nie rozprzestrzeniało się dalej. Montowane w kontenerach systemy gaszenia mają właśnie takie zadanie. Może to jednak trwać bardzo długo.
Warte przywołania są głośne przypadki pożarów magazynów Megapack wyprodukowanych przez Teslę. W Kalifornii, 20 września 2022 roku, wybuchł pożar magazynu energii, z którym straż pożarna zmagała się nieustannie przez dziesięć godzin. Podobny incydent miał miejsce 30 lipca 2021 roku w Australii. Tam spłonęły w sumie dwa kontenery mimo szybkiej interwencji i sześciogodzinnej walki z ogniem. Podczas żadnego z tych zdarzeń nie ucierpiał na szczęście nikt bezpośrednio. Do atmosfery dostało się jednak wiele toksycznych gazów, których negatywne skutki mogą nie być od razu widoczne.
Co obrazują wyraźnie oba te przypadki, to waga odpowiedniego zabezpieczenia akumulatorowych magazynów energii. Przyczyna pożaru w Kalifornii nie została jeszcze oficjalnie ustalona. Jednak wiadomo, że wcześniejszy incydent wywołała awaria systemu chłodzenia w jednym z magazynów. Doprowadziło to do niekontrolowanego wzrostu temperatury i w efekcie niebezpiecznego pożaru.
Na polskim rynku to Grupa Technologiczna ASE oferuje sprawdzone usługi w obszarze magazynowania energii. Elmech z 35 latami doświadczenia w branży zapewni projekt i kompletną realizację bezpiecznego magazynu energii. Jeśli natomiast szukasz zabezpieczeń dla gotowego magazynu lub skutecznego systemu gaszenia, skontaktuj się z nami w ASE ATEX.