Czy przemysłowy magazyn energii jest bezpieczny?

Coraz więcej zakładów przemysłowych inwestuje we własne farmy OZE, z których czerpią energię niezbędną do produkcji. Jednym z kluczowych elementów takich instalacji stają się przemysłowe magazyny energii. Są one niezwykle ważne dla efektywnego funkcjonowania przyzakładowych elektrowni, gdyż pozwalają m.in. na optymalizację kosztów dostarczania energii w zakładzie przemysłowym. Magazynowanie energii pozwala wykorzystać ją w momentach niewielkiej produkcji bieżącej. Jednak czy kontenerowe magazyny energii są bezpieczne? To pytanie często nurtuje zarówno inwestorów, jak i pracowników korzystających z tych magazynów. Odpowiedź na to pytanie nie jest jednoznaczna, ponieważ bezpieczeństwo zależy od wielu czynników.

  1. W jakich warunkach powinien pracować przemysłowy magazyn energii?
  2. Awarie magazynów energii: dlaczego palą się akumulatory litowo-jonowe?
  3. Jak chronić magazyn energii w przypadku wybuchu? Wymagania NFPA 855
  4. Czy można zapobiegać pożarom i wybuchom w magazynie energii?

W jakich warunkach powinien pracować przemysłowy magazyn energii?

Przemysłowy magazyn energii powinien pracować w odpowiednich warunkach, aby zapewnić bezpieczeństwo i efektywność jego działania. Przede wszystkim, temperatura wewnątrz magazynu powinna być kontrolowana i utrzymywana na odpowiednim poziomie. Zbyt wysoka temperatura może prowadzić do przegrzewania się akumulatorów litowo-jonowych, co z kolei może spowodować ich uszkodzenie lub nawet pożar. Dlatego ważne jest, aby magazyn był wyposażony w systemy chłodzenia i wentylacji, które będą utrzymywać optymalne warunki termiczne.

Ponadto magazyn energii powinien być dobrze izolowany od czynników zewnętrznych, takich jak wilgoć czy pyły. Wilgoć może negatywnie wpływać na działanie akumulatorów i skrócić ich żywotność. Dlatego istotne jest, aby magazyn był szczelny i chroniony przed wilgocią. Dodatkowo pyły mogą osadzać się na bateriach i utrudniać ich prawidłowe funkcjonowanie. Właściwe zabezpieczenie przed czynnikami zewnętrznymi jest kluczowe dla długotrwałego i bezawaryjnego działania magazynu energii.

Kolejnym ważnym aspektem pracy przemysłowego magazynu energii jest odpowiednie zarządzanie cyklami ładowania i rozładowywania akumulatorów. Zbyt częste i głębokie rozładowywanie baterii może skrócić ich żywotność, dlatego istotne jest, aby magazyn był wyposażony w system monitorowania stanu naładowania akumulatorów oraz odpowiednie algorytmy zarządzające procesem ładowania i rozładowywania. Dzięki temu można zoptymalizować działanie magazynu i przedłużyć żywotność akumulatorów.

pożar-magazynu-energii

Awarie magazynów energii: dlaczego palą się akumulatory litowo-jonowe?

Zasugerowaliśmy już powyżej, że w trakcie eksploatacji magazynów energii zdarzają się sytuacje powodujące ryzyko zapłonu i wybuchu. Jak więc dochodzi do takich sytuacji?

Przemysłowe magazyny energii są zwykle wyposażone w wiele baterii litowo-jonowych, które są podatne na przegrzewanie się. Jest to poważny problem, który może prowadzić do awarii i nawet pożaru. W warunkach eksploatacyjnych zdiagnozowano kilka sytuacji, które mogą doprowadzić do przegrzania się tych magazynów. Jedną z nich jest nadmierna produkcja ciepła podczas ładowania lub rozładowywania akumulatora. Jeśli ciepło to zostanie odpowiednio odprowadzone na zewnątrz kontenera, temperatura wewnątrz magazynu może niekontrolowanie wzrastać, wpływając niekorzystnie na warunki pracy wszystkich baterii.

Kolejnym czynnikiem ryzyka jest wzrost temperatury wewnętrznej pojedynczego akumulatora, co prowadzi do zwiększonego wydzielania ciepła. Jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki zaradcze, temperatura może osiągnąć krytyczny punkt i spowodować uszkodzenie akumulatora oraz otaczających go elementów. W takiej sytuacji mamy do czynienia z jednoczesną emisją wysokiej temperatury na kolejne akumulatory i przegrzewania ich od zewnątrz, a jednocześnie z uszkodzonego akumulatora zaczynają wydzielać się palne gazy. Taki proces może narastać z siłą kuli śniegowej.

Ostatecznie wymienione wyżej sytuacje prowadzą do pojawienia się ognia. Gdy bateria jest narażona na długotrwałe działanie wysokich temperatur, elektrolit wewnątrz baterii może ulec degradacji, co zwiększa ryzyko samozapłonu. Może dojść także do wycieku elektrolitu lub zwarcia elektrycznego. To z kolei powoduje realne ryzyko zapłonu palnych gazów emitowanych przez baterie. Co więcej, gdy wewnątrz kontenera zdąży już się uwolnić taka ilość gazów, która będzie w granicach ich wybuchowości, pojedyncze źródło ognia może prowadzić do katastrofalnego wybuchu całego magazynu energii. 

Jak chronić magazyn energii w przypadku wybuchu? Wymagania NFPA 855

Czy w wypadku takiego wybuchu, o którym wspomnieliśmy wyżej, da się jeszcze minimalizować straty i jednocześnie zapewnić bezpieczeństwo pozostałemu mieniu oraz pracownikom wokół magazynu, w którym dochodzi do wybuchu? Odpowiedź na to pytanie daje zaktualizowana w 2023 roku Norma NFPA 855, określająca minimalne wymagania w zakresie ograniczenia zagrożeń pożarowych w instalacjach Stacjonarnych Systemów Magazynowania Energii. Okazuje się, że nie tylko można zapewnić taki poziom bezpieczeństwa, ale nawet trzeba, wykorzystując do tego panele odciążające wybuch. Poniższy wyciąg z Normy bardzo wyraźnie pokazuje, że od teraz każdy kontenerowy magazyn energii musi być zaopatrzony w panele dekompresyjne:

9.6.5.6.3 ESS installed within a room, buiding, ESS cabinet, ESS walk-in unit, or otherwise nonoccupiable enclosure shall be provided with one of the following:
(1) Explosion prevention systems designed, installed, operated, maintained, and tested in accordance with NFPA 69
(2) Deflagration venting installed and maintained in accordance with NFPA 68

Czy można zapobiegać pożarom i wybuchom w magazynie energii?

Ważną kwestią przy zapobieganiu pożarom i wybuchom w magazynach energii jest odpowiednia wentylacja. Palne gazy emitowane przez baterie litowo-jonowe muszą być skutecznie odprowadzane na zewnątrz pomieszczenia. Dlatego ważne jest zapewnienie odpowiedniej wentylacji w magazynach energii oraz stosowanie specjalnych systemów odprowadzających gazy połączone z systemem detekcji gazów, aby szybko wykryć ewentualne problemy i podjąć odpowiednie działania.