Czy magazyny energii są bezpieczne? Co z tymi pożarami?

Bezpieczeństwo magazynów energii - jakie czynniki ryzyka?

Najpopularniejszą obecnie technologią produkcji magazynów energii do domu, a także tych wykorzystywanych komercyjnie, jest technologia litowo-jonowa (Li-Ion). Dokładnie tego samego typu akumulatory można znaleźć w wielu urządzeniach należących do segmentu elektroniki użytkowej, w tym w telefonach komórkowych. Powszechnie znane są przypadki przegrzewania się, a nawet wybuchania baterii w smartfonach niektórych producentów.

Czy incydenty te sprawiły, że konsumenci przestali korzystać z telefonów w obawie o swoje bezpieczeństwo? Bynajmniej. Oczywiście można podnosić tu w argumentacji rozmiar ewentualnych konsekwencji wybuchu baterii w smartfonie w porównaniu do wielokrotnie większego akumulatora zamkniętego w magazynie energii. Nie zmienia to jednak faktu, że czynniki ryzyka są w obu przypadkach podobne i warto je znać. Do aspektów, które mogą wpłynąć na bezpieczeństwo użytkowania magazynu energii należą zatem:

• Wady konstrukcyjne - jest to czynnik ryzyka niezależny od użytkownika magazynu energii i może dotyczyć akumulatorów o różnych rynkowo przeznaczeniach. To właśnie błędy na etapie produkcji stały się przyczyną wspomnianych już problemów z bateriami w smartfonach. W odniesieniu do magazynów energii ryzyko wystąpienia wady konstrukcyjnej jest o tyle większe, że urządzenia te składają się z wielu ogniw bateryjnych i wykrycie wady w jednym z nich na etapie testów produkcyjnych może być utrudnione. Błędy w zakresie umiejscowienia separatorów lub samych ogniw mogą natomiast prowadzić do ich przegrzewania się, a w konsekwencji zapłonu;
• Przegrzewanie się magazynu energii - jednym z najważniejszych aspektów w kontekście bezpiecznego użytkowania magazynów energii jest temperatura pracy urządzenia. Chodzi tu zarówno o temperaturę wytwarzaną przez sam akumulator, którą należy kontrolować za pomocą modułu BMS, jak również temperaturę otoczenia, w którym pracuje magazyn energii. Nagłe skoki cieplne mogą bowiem stać się przyczyną ucieczki termicznej w ogniwach akumulatora i tym samym prowadzić jego zapłonu;
• Błędy instalacyjne - stwierdzenie wad w instalacji elektrycznej jest jedną z najczęściej występujących przyczyn pożarów nieruchomości. Nie inaczej jest w przypadku instalacji magazynów energii. Niekiedy są to niezamierzone błędy instalatorów, a winnych przypadkach dążenie do oszczędności kosztem przeprowadzenia montażu magazynu energii i prawidłowego podłączenia go do domowego systemu energetycznego;
• Uszkodzenia mechaniczne - niewiele osób zdaje sobie z tego sprawę, ale uderzenie, upuszczenie akumulatora nawet bez widocznych konsekwencji tego zdarzenia na jego obudowie może spowodować uszkodzenia w konstrukcji ogniw, a stąd krótka droga do zainicjowania ucieczki termicznej w urządzeniu;
• Zdarzenia losowe - do pożaru, wybuchu, a także negatywnego oddziaływania magazynu energii na resztę systemu energetycznego może dojść również w wyniku zdarzeń pozostających poza działaniami producenta, instalatora czy użytkowników urządzenia. Chodzi tu na przykład o działanie żywiołów i zalanie magazynu energii;
• Brak optymalnego systemu wentylacji - większość magazynów energii chłodzona jest podczas pracy za pomocą naturalnej konwekcji. Niektóre posiadają wbudowane wentylatory wymuszające przepływ powietrza. Jeżeli jednak urządzenie zamontowane jest w miejscu, które ogranicza możliwości jego wentylacji, to trzeba się liczyć z przegrzewaniem się magazynu energii i rosnącym ryzykiem wystąpienia pożaru;
• Magazyny energii typu DIY- niektórzy konsumenci powodowani wysokimi cenami magazynów energii próbują na władną rękę zbudować na przykład magazyn energii z baterii samochodowej. Wiele aspektów może pójść podczas takiej inicjatywy “nie tak” więc dla własnego bezpieczeństwa zdecydowanie lepiej unikać podobnych konstrukcji;
• Brak lub niesprawna jednostka BMS - systemem znoszącym najczęściej ryzyko wystąpienia nieprawidłowości w funkcjonowaniu magazynu energii, jest jednostka BMS (ang. Battery Management System). Jej brak lub uszkodzenie będzie skutkowało brakiem kontroli nad działaniem akumulatora i tym samym opóźnioną reakcją użytkownika w przypadku wystąpienia niepokojących zjawisk.

Jakie zabezpieczenia instaluje się w magazynach energii?

Wspomniany system BMS występujący zazwyczaj w formie dodatkowego modułu połączonego z modułami baterii jest jednym z najważniejszych zabezpieczeń gwarantujących (jeżeli nie wystąpią inne, niezależne czynniki ryzyka) prawidłowe działanie urządzenia. Stały monitoring temperatury ogniw, stopnia naładowania i rozładowania akumulatora, śledzenie postępowania ewentualnej degradacji poszczególnych cel to tylko niektóre z możliwości, jakie oferuje dobrze skomunikowany z magazynem energii system BMS. Nie jest on jednak jedynym komponentem zwiększającym bezpieczeństwo użytkowania akumulatora. W urządzeniach tych stosuje się dodatkowo takie systemy jak:

• Funkcja autobalansu każdej celi w akumulatorze;
• Dwupłaszczowe obudowy, które zapewniają ogniwom optymalną warunki termiczne i pozwalają na efektywne działanie magazynu energii w niskich temperaturach;
• Optymalne dla danego urządzenia systemy wentylacji, które mogą uwzględniać naturalny lub wymuszony przepływ powietrza;
• Filtry i wkładki filtrujące zapobiegające zaciąganiu zanieczyszczeń do wnętrza magazynu energii;
• Trwałe i odporne na urazy mechaniczne materiały wykorzystywane w konstrukcji obudowy akumulatora;
• Elastyczne systemy instalacji pozwalające zamontować magazyn energii w optymalnym pod względem bezpieczeństwa miejscu.

Jak minimalizować ryzyko awarii magazynu energii?

Okazuje się, że naprawdę wiele w kontekście zapewnienia bezpiecznego użytkowania magazynu energii może zrobić sam inwestor, korzystając z pomocy wykwalifikowanych instalatorów i przestrzegając zaleceń PPOŻ w tym obszarze. Montując i użytkując magazyn energii warto zatem pamiętać o takich aspektach, jak:

• Odpowiednich w stosunku do wymagań instalacji i akumulatora zabezpieczeniach nadprądowych;
• Optymalnych w stosunku do obciążenia przekrojach kabli zasilających magazyn energii i połączony z nim falownik;
• Montażu specjalistycznych detektorów gazu w pobliżu systemu, które stanowią dodatkowe zabezpieczenie pozwalające odpowiednio wcześnie wykryć zjawisko ucieczki termicznej w magazynie energii;
• W pomieszczeniach znajdujących się poniżej poziomu gruntu lub na terenach zalewowych magazyn energii należy montować na odpowiednim podwyższeniu (min. 30 cm) lub na ścianie;
• Zapewnieniu odpowiedniej wentylacji pomieszczenia, w którym pracują akumulatory i zachowaniu optymalnej odległości od innych elementów instalacji lub składowanych w tym miejscu obiektów;
• Zastosowaniu dodatkowych zabezpieczeń jeżeli magazyn energii zamontowany jest w garażu, by uniknąć uszkodzenia w wyniku poruszania się pojazdów;
• Zachowaniu min. 1 metra odstępu od materiałów łatwopalnych;
• Umieszczeniu w pobliżu gaśnicy 4 kg ABC;
• Korzystaniu z usług certyfikowanych instalatorów i zakupie urządzeń spełniających wszystkie niezbędne normy.

Ucieczka termiczna w magazynie energii - co zrobić?

Wielokrotnie zostało wspomniane wcześniej zjawisko “ucieczki termicznej” w magazynie energii w kontekście aspektu, któremu należy wszelkimi wymienionymi wyżej sposobami zapobiegać. Jak jednak właściwie zdefiniować to zjawisko?

Jeżeli pomimo zachowania wszelkich zasad bezpieczeństwa, w magazynie energii dojdzie do zjawiska ucieczki termicznej trzeba mieć świadomość, że samodzielnie niewiele można zrobić. W przypadku zapłonu akumulatora próba gaszenia go wodą jedynie pogorszy sytuację. Środkiem, który może na jakiś czas zatrzymać rozprzestrzenianie się pożaru, ale nie zahamuje ucieczki termicznej jest gaśnica z wodną dyspersją wermikulitu. Jeżeli uszkodzenie magazynu energii zostanie wykryte odpowiednio wcześnie można spróbować zastosować ten środek gaśniczy, jednak w pierwszej kolejności należy jak najszybciej wykonać telefon alarmowy do Straży Pożarnej i zastosować się do otrzymanych instrukcji.

Pożary magazynów energii - jaka skala problemu?

W mediach co jakiś czas pojawiają się doniesienia o trudnych do ugaszenia pożarach, a nawet wybuchach magazynów energii. Wśród przykładów takich zdarzeń można wymienić pożary domowych magazynów energii Senec oraz LG w Niemczech w 2022 roku, pożar magazynu energii Megapack od Tesli w Kalifornii i Australii, a także niedawny incydent z gruntu polskiego, a więc pożar prosumenckiego magazynu energii w Pabianicach.

W przypadku magazynów energii Senec i LG jako przyczynę ich zapłonu wskazano wady konstrukcyjne akumulatorów powstałe w trakcie ich produkcji. Obaj producenci wymienili urządzenia pochodzące z wadliwych partii na własny koszt i pokryli starty poniesione przez konsumentów. W przypadku pożarów magazynów energii Tesli stwierdzono, że zawinił niesprawny i tym samym nieefektywny system wentylacji i chłodzenia wielkoskalowych akumulatorów. W odniesieniu do incydentu z Pabianic nie podano przyczyn zapalenia się magazynu energii.

Abstrahując od wad produkcyjnych magazynów energii, na które ich użytkownicy nie mają wpływu warto pamiętać, że urządzenia te będą działać efektywnie i bezpiecznie dopóty dopóki zostaną im zapewnione odpowiednie warunki pracy. Nie warto zatem oszczędzać na etapie zakupu akumulatora, a jego montaż zlecić profesjonalnej firmie instalującej magazyny energii. Wszelkie odstępstwa od wytycznych w obszarze instalacji i użytkowania akumulatorów nie są bowiem warte ryzyka wystąpienia niepożądanych zjawisk.