St. bryg. w st. spocz. Paweł Rochalajest rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych oraz redaktorem merytorycznym kwartalnika „Ochrona Przeciwpożarowa”. © Prawa zastrzeżone
Sprawność działania instalacji fotowoltaicznej czy turbiny wiatrowej jest zależna od warunków pogodowych, pory dnia i roku. Dlatego urządzenia te najczęściej pracują w warunkach niedoboru lub nadmiaru energii do przetworzenia na prąd elektryczny. Problemy te rozwiązuje posiadanie magazynów energii elektrycznej, tj. akumulatorów o pojemnościach odpowiednich, czyli relatywnie dużych. Niestety, w ślad za tym idą dodatkowe zagrożenia pożarowe. W tym zakresie jesteśmy w sytuacji dobrej o tyle, że możemy przyjąć za wzór działania podjęte w krajach masowego użytkowania akumulatorów, gdzie dopracowano się skutecznych, przekutych w obowiązujące prawo zasad wdrażania, użytkowania oraz – częściowo – utylizacji tych urządzeń.
Przyjrzyjmy się bliżej zarówno zagrożeniom jak i metodom na ich ograniczenie.
Zagrożenia od instalacji fotowoltaicznych
Ten temat był już szczegółowo rozpisywany w różnych opracowaniach, mimo to nie znalazł właściwego wyrazu w polskich przepisach. W ślad za tym zagrożenia są nazbyt łatwo bagatelizowane przez użytkowników.
Moduł fotowoltaiczny to konstrukcja warstwowa, złożona z sieci przewodów (na ogół płaski drut aluminiowy) łączących światłoczułe elementy krzemowe w większe części, z których uzyskiwane prądy i napięcia sumują się, zatem rosną odpowiednio przekroje przewodów odprowadzających prąd. Całość dla ochrony przed wilgocią jest zaprasowana w warstwach z tworzyw sztucznych lub z użyciem szkła. Perforacja takiej obudowy oznacza utlenianie przewodu, a więc słabsze przewodzenie prądu. Prąd pokonując opór przepływu powoduje wydzielanie ciepła, co przy wartościach krytycznych zapala warstwy plastiku i klejów. Innym zagrożeniem jest niewłaściwe wykonanie łącz poszczególnych modułów, np. za pomoc niewłaściwych narzędzi, albo poprowadzenie przewodów energetycznych po niezabezpieczonych krawędziach blach czy wewnątrz przewodów kominowych. Pożar modułów jest o tyle trudny do zgaszenia, że dotyczy instalacji będącej stale pod napięciem, położonej w miejscu trudno dostępnym (dach budynku). W pożarze zawsze występuje efekt kominowy, tj. przyspieszenia spalania między płaszczyzną modułu a płaszczyzną dachu, co działa bardzo niszcząco na pokrycie dachowe. Moduły spalając się kawałkują, siejąc dookoła płonącymi odłamkami.
Ze zjawiskiem walczy się poprzez monitorowanie poszczególnych modułów i ich automatyczne wyłączanie, właściwą staranność montażową (osprzęt, narzędzia). Zasadniczo z tych powodów nie powinno się instalować modułów fotowoltaicznych na podłożu palnym.
Kolejnym punktem krytycznym instalacji jest falownik, który nie jest urządzeniem neutralnym temperaturowo, gdyż ok. 1/3 dostarczonej do niego energii elektrycznej jest zużywana na „zafalowanie” prądu stałego. Energia ta jest zużywana na ciepło, a więc falownik może się bardzo nagrzać w czasie pracy. Wady materiałowe czy niedokładności montażowe stwarzają dodatkowe niebezpieczeństwa (opór przepływu prądu, dodatkowe nagrzanie). Wymagania bezpieczeństwa odnośnie lokalizacji falownika powinny być takie, jak dla lokalizacji przyłączy energetycznych (sieciowych) do budynku, adekwatnie do mocy, jaką ma obsługiwać. Urządzenie dodatkowe, tj. wyłącznik prądu, odcinający dopływ energii z modułów do falownika, nie może tu być traktowane nadmiarowo, lecz jako niezbędny standard bezpieczeństwa, podobnie jak wyłącznik przepięciowy, ratujący urządzenie i instalację domową prze wpływem wyładowań atmosferycznych.
Zagrożenia od akumulatorów energii elektrycznej
Zagrożenia te wynikają zarówno z przyjętych materiałów konstrukcyjnych, staranności wykonania, jak montażu i użytkowania, czy też starzenia się urządzeń. Generalnie w krajach zachodnich, gdzie stosowanie akumulatorów jest już powszechne, nauczono się je dzielić na litowo-jonowe oraz pozostałe – wyróżnienie tych pierwszych znajduje wyraz w dedykowanych im normach, a w ślad za tym w przepisach. Dlaczego?
Akumulatory litowo-jonowe mają szereg zalet, przede wszystkim wysoką gęstość energetyczną, co się przekłada na ich relatywnie małą masę. Innymi słowy można do nich zapakować bardzo dużo energii. Są też odporne na cykle naładowania i rozładowania. Są jednak niebezpieczne ze względów pożarowych, a niektóre ich rodzaje również wybuchowych. Chodzi tu o zjawisko, określane angielskim terminem „thermal runaway”, co nazbyt dosłownie tłumaczy się jako „ucieczkę termiczną”, a chodzi w istocie o niestabilność termiczną. My użyjemy terminu „rozbieganie termiczne”, który lepiej oddaje istotę zjawiska.
Mianowicie akumulatory litowo-jonowe są zbudowane z materiałów wysoce reaktywnych, w tym z metali lekkich, ciężkich i ziem rzadkich. Zarówno one same jak ich związki (zwłaszcza lit) bardzo łatwo i gwałtownie wchodzą w reakcje chemiczne z powietrzem lub z wodą z wydzielaniem ciepła, przy czym rozpoczętej w danym ogniwie reakcji nie da się zatrzymać – można próbować ograniczać rozwój pożaru na sąsiednie ogniwa poprzez chłodzenie. Przed zapaleniem uszkodzone ogniwa wydzielają znaczne ilości wodoru i innych gazów palnych, np. palnych gazów z akumulatora hulajnogi elektrycznej wystarcza, by energia wybuchu wypchnęła ścianę mieszkania. Produkty rozkładu termicznego to nie tylko dwutlenek czy tlenek węgla, ale kilkanaście innych znacznie bardziej szkodliwych substancji trujących, począwszy od cyjanowodoru, a skończywszy na związkach wymienionych metali. Są też produkty żrące (bezwodniki kwasów i zasad, w tym żrący kwas fluorowodór, przenikający do kości przez skórę), rakotwórcze, a nawet mutagenne np. ze względu na obecność kadmu lub manganu, przy czym kadm i jego związki to trucizny silniejsze od arsenu i jego związków (arszeników).
Z tych powodów pożary akumulatorów w USA są od kilku lat klasyfikowane wprost jako pożary chemikaliów. Po kilku spektakularnych pożarach składowisk akumulatorów i wielotonowych akumulatorów przemysłowych opinia publiczna nie kojarzy już tych urządzeń z bezpieczeństwem środowiska naturalnego – wręcz przeciwnie. Trucizny uwolnione z nowoczesnych akumulatorów nie redukują się ani nie mają czasu połowicznego rozpadu. Ich neutralizacja co do istoty polega na rozcieńczeniu wiatrem lub wodą, co oznacza skażenie powietrza i wód, w tym gruntowych, do umownych wartości akceptowalnych zdrowotnie lub środowiskowo.
Sposoby radzenia sobie z zagrożeniami od akumulatorów
Bezpieczeństwo zaczyna się bardzo wcześnie, bo idzie w parze z wymuszeniem wysokiej jakości produktu już z chwilą jego wdrażania. Jakość ta jest badana przy pomocy kilkunastu norm, w myśl których urządzenie musi spełniać surowe kryteria: niezawodności, trwałości, bezpieczeństwa użytkowania, odporności na uszkodzenia mechaniczne. Ale jest to dopiero pierwszy krok bezpieczeństwa. Drugi polega na przestrzeganiu norm montażowych, czym zajmują się autoryzowani specjaliści. Oczywiście nikt nie zabrania samodzielnego montażu, ale odszkodowania w razie pożaru nie będzie, a można zostać oskarżonym o nieumyślne spowodowanie uszczerbku na zdrowiu i mieniu czy nawet śmierci. Krokiem trzecim jest zapewnienie utylizacji akumulatorów, co jest najmniej uregulowane prawnie, więc tu może dochodzić do różnych działań na granicy prawa, np. poprzez eksport takich odpadów do krajów trzecich, przed czym już powinniśmy się aktywnie bronić, bo skala zjawiska to setki tysięcy ton elektrośmieci rocznie.
Bardzo szczegółowo uregulowano przepisy bezpieczeństwa pożarowego akumulatorów. Nikt ich już nie traktuje jako neutralnych urządzeń AGD, jak to możemy zobaczyć w reklamach. Generalnie traktowane są podobnie jak zbiorniki z gazami palnymi lub z paliwami płynnymi. Zaleca się, by je umieszczać w osobnym budynku np. wolnostojącym garażu lub na zewnątrz w dedykowanej im obudowie. Dopuszcza się lokalizację na wykonanej z niepalnych materiałów ścianie zewnętrznej budynku, w oddaleniu od materiałów palnych, okien i drzwi. Mniej zalecane jest instalowanie akumulatora w garażu dobudowanym lecz wydzielonym pożarowo od reszty budynku. Jeśli instaluje się go w piwnicy budynku, powinien znaleźć się w szafie ogniotrwałej, która musi być wentylowana, z bezpiecznym odprowadzeniem ewentualnych gazów, również gorących, na zewnątrz budynku. Lokalizacje wewnętrzne akumulatorów zaleca się wyposażyć w czujki dymu lub temperatury z automatycznym powiadomieniem użytkowników budynku w ich sypialniach, a nawet w samoczynne zestawy gaśnicze. Warto posiadać gaśnicę o znacznej pojemności. Jednocześnie informuje się, że urządzenia gaśnicze nie służą do gaszenia akumulatora, bo jego ugaszenie jest niemożliwe, co obronie jego otoczenia przez rozwojem pożaru, póki akumulator się nie wypali.
Kilkudziesięciotonowe urządzenia stosowane w przemyśle obowiązkowo wyposażane są w stałe systemy wykrywania i sygnalizacji pożaru oraz gaśnicze, do których buduje się drogi pożarowe i zapewnia zaopatrzenie w wodę w znacznych ilościach – chłodzenie otoczenia akumulatora może trwać kilkanaście godzin. Pożar takiego urządzenia powoduje zamknięcie dróg i uszczelnianie domów w promieniu 500 m od miejsca zdarzenia, czasami dochodzi do ewakuacji (rekord – 1000 domów, ok.5 tys. ludzi w wyniku pożaru magazynu akumulatorów w Morris w st. Illinois, jaki wybuchł w dniu 29 czerwca 2021 r. i trwał prawie dwa tygodnie).
Ochrona praw konsumentów
Wszystkie, nawet drobne zdarzenia niebezpieczne z udziałem akumulatorów są rejestrowane i analizowane przez organizacje ds. ochrony praw konsumentów i konkurencji lub inne agendy bezpieczeństwa, np. ruchu drogowego. W przypadku serii zdarzeń wykazujących podobieństwa, a wynikłych z winy urządzeń, dochodzi do serwisowania bądź nawet wycofania z rynku danych modeli, np. kilkunastu tys. akumulatorów w Australii czy kilku milionów samochodów hybrydowych serwisowanych bez pobierania opłat w USA. Jeśli producent/dystrybutor urządzeń nie robi tego, grozi mu wydalenie z rynku na mocy decyzji rządu.
Są też inne spostrzeżenia istotne dla bezpieczeństwa ogólnego. W Europie akumulator samochodowy uznaje się za niesprawny po obniżeniu jego pojemności poniżej 70% pojemności nominalnej, co zwykle oznacza kres użytkowania pojazdu. Pojawiają się sugestie, by moduły takich akumulatorów pojazdowych wykorzystywać jako akumulatory domowe. Tymczasem zgodnie z przepisami akumulator domowy uznaje się w Holandii za odpad (niebezpieczny pożarowo i środowiskowo), gdy jego sprawność spada poniżej 30% pojemności wyjściowej. Weźmy poważnie pod uwagę i rozwagę te dane, gdyż rynek urządzeń używanych tego typu rozwija się w naszym kraju gwałtownie. De facto jest to rynek urządzeń, którym w krajach pochodzenia nikt nie dałby rękojmi sprawności.
W przepisach i poradnikach zwraca się też uwagę, że do zastosowań stacjonarnych nie są konieczne akumulatory litowo-jonowe, tak przydatne w transporcie ze względu na relatywnie małą masę. Co prawda do zastosowań stacjonarnych produkuje się je nieco inaczej, bez walki o największą gęstość energetyczną, czyli małą masę, ale informuje się, że do uzupełnienia domowych instalacji wytwarzania prądu elektrycznego w zupełności wystarczają cięższe akumulatory kwasowo-ołowiowe, które zdążyły się unowocześnić przez ponad 120 lat ich użytkowania, mianowicie posiadają obecnie zamiast ciekłego - elektrolit żelowy, oraz urządzenia innych typów. Pamiętajmy jednak, że choć akumulatory kwasowo-ołowiowe same z siebie nie wybuchają i nie zapalają się, nadal są urządzeniami, które w awaryjnym trybie pracy wydzielają wodór (niebezpieczeństwo wybuchu) i chlor (truciznę), więc do ich stosowania potrzebny jest co najmniej zdrowy rozsądek i skuteczna wentylacja(1).
Paweł Rochala
Więcej treści dotyczących samorządów w zakładce Teraz Samorząd.
