Restrições preventivas para energia fotovoltaica e baterias? Parte 1

MRiT está finalizando a elaboração de regulamentos que consideram uma proibição “preventiva” da instalação de baterias em apartamentos, além de restrições para baterias em residências. O destino das instalações fotovoltaicas de varanda também está em jogo. O que dizem os bombeiros e especialistas em prevenção de incêndios? Como fazem outros países da Europa? Parte 1.

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Veja também a segunda parte desta análise: Restrições preventivas para fotovoltaicos e baterias? Parte 2

“O desenvolvimento sempre envolve algum risco, mas também é uma necessidade enorme. Tudo precisa ser ponderado”, ouvi recentemente de um oficial de alto escalão do Comando Geral dos Corpos de Bombeiros do Estado. Palavras semelhantes são frequentemente proferidas também em conferências internacionais sobre “Segurança de Novas Tecnologias”, organizadas pelo CNBOP (instituto estatal de bombeiros), nas quais participo há anos.

A questão é se, durante os trabalhos de revisão do regulamento sobre condições técnicas dos edifícios (WT), foi possível equilibrar as normas de modo a não impedir o desenvolvimento de novas tecnologias, garantindo ao mesmo tempo a segurança em seu uso?

Aqui, as opiniões estão divididas até mesmo entre os próprios bombeiros. Parte deles defende a implementação preventiva de proibições parciais e restrições mais rígidas – mesmo que por alguns anos –, enquanto outros são a favor da adoção de requisitos básicos (sensores, distâncias) e da concentração na certificação dos próprios armazéns.

Especialistas em incêndios e instalações elétricas acrescentam a isso requisitos relacionados à montagem por um eletricista qualificado e a inspeções regulares, pois as estatísticas mundiais mostram que o risco de incêndio decorrente de instalações elétricas é muito maior do que o causado pelos próprios células ou painéis fotovoltaicos.

Atualmente, instalações e equipamentos elétricos causam 8% dos incêndios em edifícios residenciais na Polônia. No entanto, para comparação, 48% desses incêndios ocorrem devido ao uso de combustíveis sólidos, principalmente carvão.

A certificação de baterias dissiparia muitas preocupações dos bombeiros

E é exatamente esse risco que parece ser o eixo principal em torno do qual se concentra a atenção de todos os nossos interlocutores – desde o KG PSP, passando pelo CNBOP, AP, SITP, peritos, organizações do setor até os fabricantes. Segundo os bombeiros, se certificássemos os acumuladores domésticos na Polônia, em vez de confiar nas declarações dos importadores das baterias mais baratas da China, sua abordagem em relação às medidas de segurança necessárias nas residências seria diferente. Por que, então, recorremos a uma proibição preventiva de instalação por parte de Kowalski, em vez de uma certificação obrigatória para os fabricantes de acumuladores?

– Há tempos lutamos, sem sucesso, pela obrigatoriedade de tal certificação – afirma um representante de um dos fabricantes ocidentais de inversores e sistemas de armazenamento de energia. – Já as regras propostas atualmente pelo WT, em vez de obrigar os fabricantes a realizar a certificação, visam transferir os custos da redução de riscos para os cidadãos, o que será muito mais caro para as famílias polonesas e limitará a transição energética – acrescenta.

É como se, em vez da homologação obrigatória e das inspeções periódicas de carros, quiséssemos melhorar a segurança ao estacioná-los em edifícios residenciais, exigindo que os locais de estacionamento sejam equipados com tapetes absorventes para capturar vazamentos de óleo e combustível, sensores de LZO e LPG para detectar vazamentos nas instalações de combustível, além de cobertores extintores e sprinklers obrigatórios para reduzir a escala dos incêndios.

De acordo com o CNBOP, a instituição estatal responsável por essa certificação, até agora nenhum fabricante de tanques adquiriu tal certificado. Geralmente, os fabricantes a obtêm na Alemanha, nos EUA ou na China. Por isso, o CNBOP queima os tanques que comprou para avaliar não tanto o risco de incêndio (pois um aquecimento prolongado com queimador acabará por inflamar qualquer tanque), mas sim o desenvolvimento e as consequências desses incêndios.

De que risco estamos falando? Gás, carro, chaminé

Não é à toa que o cenário e as consequências de um incêndio estão no centro das atenções do CNBOP. Juntamente com a probabilidade de ocorrência de incêndios, eles formam o perfil de risco de uma determinada tecnologia.

Por exemplo, instalações de gás em edifícios residenciais podem causar explosões intensas e com consequências graves, incluindo o risco de desabamento parcial ou total do edifício. No entanto, a probabilidade de ocorrência de tal falha é baixa. Na Polônia, ocorrem “apenas” cerca de 20 desastres construtivos por ano causados pela explosão de gás natural, nos quais morrem algumas dezenas de pessoas. A principal forma de mitigar esse risco por parte dos usuários é a utilização obrigatória de grade de ventilação, o limite de armazenamento em casa de no máximo 2 botijas de LPG, cada uma com 11 kg, e regulamentações relativas à conexão das cozinhas às instalações do edifício. Isso é insuficiente para eliminar completamente esse risco. No entanto, não vamos além disso – como, por exemplo, tetos e paredes reforçados na cozinha, armários de cozinha à prova de fogo ou portas de aço para ela. O risco e o número de vítimas permanecem em um nível aceitável.

Avançamos nesse sentido com normas para fabricantes de fogões a gás. As regulamentações polonesas exigem o cumprimento dessas normas, e as normas ao nível das regras da UE determinam que os fogões a gás devem ser equipados com dispositivos de segurança que impeçam o vazamento incontrolado de gás (por isso, hoje em dia são amplamente utilizados válvulas elétricas controladas por termoparas).

No extremo oposto, temos incêndios muito frequentes – fuligem no chaminé. Um em cada dois incêndios em edifícios residenciais no nosso país é causado por isso (dezenas de milhares de ocorrências por ano). No entanto, embora se desenvolva rapidamente, seus efeitos são bastante limitados – o fogo raramente se espalha para o telhado. O monóxido de carbono geralmente não penetra pelas paredes do chaminé. Por isso, esse também é um risco em nível aceitável.

Em algum lugar no meio disso tudo, temos incêndios de carros. O risco é moderado e fica em 0,05% ao ano (temos 10 mil incêndios de carros por ano). No entanto, eles se desenvolvem rapidamente (são necessárias 3 a 4 minutos para que um carro a combustão não possa mais ser extinto com um extintor comum) e estão associados a uma enorme emissão de calor e gases mortíferos. Os cenários desses incêndios mostram, porém, que eles costumam ocorrer fora de edifícios e raramente levam à explosão dos vapores de gasolina que vazam do tanque derretido. O risco total representado por esses incêndios ainda não levou o governo a impor a instalação obrigatória de detectores de fumaça em garagens. O risco é considerado aceitável.

20% das vítimas de incêndios em apartamentos são causadas por sofás

Temos milhares desses riscos ao nosso redor todos os dias. Muitos são pouco evidentes, mas podem ter consequências tragicamente graves. Um desses riscos é o incêndio no sofá. De acordo com estatísticas da NFPA americana, cerca de 2% dos incêndios em residências começam justamente em móveis estofados (principalmente sofás). Geralmente, o surgimento de tal incêndio é causado pelo calor e cinzas de um cigarro, aquecimento acidental com um isqueiro, faíscas da lareira, vela colocada nas proximidades ou carregador de laptop/telefone superaquecido, além de barras de alimentação.

A probabilidade de um incêndio desse tipo ser pequena, mas seu desenvolvimento e consequências costumam ser trágicos. Conforme relata a NFPA, quase 20% das vítimas de incêndios em casas/apartamentos morrem em incidentes iniciados pelo fogo no sofá. Isso se deve ao rápido avanço desse tipo de incêndio, causado pela espuma de poliuretano e pelo estofamento – materiais sintéticos (geralmente produzidos a partir de petróleo).

O sofá pega fogo rapidamente e acende rapidamente outros objetos no apartamento (tem uma grande área de combustão). Além disso, libera enormes quantidades de fumaça negra e sufocante, que dificulta a evacuação das pessoas, bem como muitos gases mortíferos em pouco tempo – CO (monóxido de carbono) e HCN (cianeto de hidrogênio). Este último penetra facilmente nas roupas (até mesmo nos uniformes de proteção dos bombeiros) e mata em apenas 2 a 3 minutos. Isso faz com que o perfil de risco de incêndio do sofá seja nosso ponto de referência daqui a pouco.

A situação é ainda pior no Reino Unido — as estatísticas de incêndios da Inglaterra mostram uma disparidade evidente entre a frequência das chamas e seus impactos. Móveis estofados (camas, colchões, sofás) são o primeiro elemento a pegar fogo em cerca de 12% dos incêndios domésticos, mas já são responsáveis por 29% das mortes. Além disso, como principal material que impulsiona a propagação do fogo, eles aparecem em 16% dos casos, mas estão relacionados a até 43% das mortes, o que indica que, embora iniciem incêndios com menos frequência, aumentam significativamente sua letalidade.

Com que frequência as painéis fotovoltaicos e baterias pegam fogo?

Como — em comparação com os riscos que já conhecemos bem — se comportam esses novos riscos: baterias (estacionárias e de carros) ou painéis fotovoltaicos? Lembremos que o risco de incêndio em edifícios residenciais na Polônia, por qualquer motivo, é de 0,4% ao ano (na Alemanha, 0,3%).

O risco de incêndio em carros a combustão é dez vezes menor, chegando a 0,04% (e na Polônia esse número já é significativamente maior do que na Alemanha ou na Noruega, o que se deve, por exemplo, à importação de carros elétricos antigos do Ocidente e às reparações feitas por oficinas sem experiência).

Para comparação, segundo estatísticas do KG PSP, o risco de incêndio na própria bateria de um carro elétrico de passeio na Polônia é ainda menor, atingindo 0,006% (apenas um em cada sete incêndios em veículos elétricos afeta a bateria).

As baterias domésticas LFP trazem ainda menores chances de causar incêndios. Pesquisadores da universidade técnica de Aachen analisaram esse risco. Suas pesquisas são importantes porque, enquanto na Polônia existem atualmente “apenas” cerca de 130 mil baterias de íon-lítio domésticas, na Alemanha já há aproximadamente 3 milhões delas em casas e apartamentos (incluindo centenas de milhares de baterias plug-in, instaladas em grande parte em apartamentos de prédios residenciais). O risco de incêndio causado por baterias domésticas é atualmente de 0,005%.

Para comparação, a probabilidade ainda menor de incêndio é observada em instalações fotovoltaicas (0,001% na Alemanha e 0,004% na Polônia, segundo análises da WysokieNapiecie.pl baseadas em dados do KG PSP e em uma pesquisa entre bombeiros).

Segundo cientistas de Aachen, geladeiras e freezers apresentam uma probabilidade comparável de incêndio: 0,001% ao ano.

Voltemos ainda ao risco de incêndio em residências causado pelo sofá. Com base em dados da KG PSP e da NFPA americana, esse valor é de 0,007%.

Um incêndio em residência a cada 250 anos, um incêndio na bateria a cada… 5000 anos

Como interpretar esses percentuais? Se a probabilidade de incêndio em residências/apartamentos na Polônia é de 0,4%, isso significa que, estatisticamente, uma residência na Polônia sofrerá um incêndio a cada 250 anos.

Com que frequência uma bateria se incendeia em um apartamento? Uma probabilidade de 0,005% significa que, estatisticamente, um incêndio desse tipo afetará um apartamento com bateria a cada… 20000 anos (ou seja, uma vez a cada vinte mil anos). E se os alemães estiverem errados? Incêndios em sistemas fotovoltaicos (que são instalados pelos mesmos profissionais que instalam as baterias) ocorrem na Polônia 4 vezes com mais frequência. Isso significaria que, em média, uma bateria se incendeia em seu proprietário a cada 5000 anos.

Em outras palavras, segundo o cenário mais pessimista baseado nos dados disponíveis da Alemanha, extrapolados para os padrões e equipamentos poloneses (4 vezes piores), se houver 1 milhão de baterias em casas e apartamentos na Polônia, elas causarão 200 incêndios por ano. Vale lembrar que o número total de incêndios residenciais na Polônia é de cerca de 30 mil, enquanto os incêndios de veículos a combustão são quase 10 mil.

A probabilidade de incêndio causado por baterias é, para ser franco, extremamente baixa atualmente. A coleta de dados sobre sua frequência pelo KG PSP deve servir como ponto de partida para discussões sobre proibições gerais à sua instalação ou outras restrições.

Vamos então passar para os dois próximos componentes do perfil de risco: os cenários de desenvolvimento desse incêndio e seus impactos nos moradores, socorristas e propriedades.

Como avaliar o risco?

Para entender se devemos adotar uma abordagem mais ou menos liberal em relação à instalação de painéis fotovoltaicos e baterias em casas ou apartamentos, precisamos analisar os riscos que eles acarretam, compará-los com outros riscos aos quais projetamos nossas casas (como incêndios em móveis, instalações elétricas ou carros a combustão no garagem) e responder à pergunta de saber se, na prática, temos um conjunto e nível de riscos diferentes daqueles com os quais já lidamos ao ter em casa fogões a gás, botijas de GNV, dezenas de retificadores, madeira, papel, algumas baterias de lítio-ion e centenas de quilos de equipamentos feitos de substâncias derivadas do petróleo, desde móveis até aparelhos eletrônicos, além de dezenas de litros de combustível inflamável e explosivo no garagem, cercado por centenas de quilos de plásticos tóxicos.

Vamos então abordar como esses incêndios se desenvolvem e quais são as consequências deles. Devemos levar em consideração o ritmo e a emissão total de calor no incêndio, a emissão e a nocividade dos gases emitidos pelo equipamento, o nível de fumaça em relação à possibilidade de evacuação das pessoas, a capacidade do equipamento de controlar o fogo e impedir sua propagação, bem como os riscos para os socorristas (nível de toxicidade ou inflamabilidade da atmosfera formada, risco de choque elétrico, etc.).

Emissão de calor em incêndios: bateria vs armário

Um dos maiores perigos durante um incêndio é a quantidade e o ritmo de emissão de calor pela substância em chamas. Disso depende a velocidade de propagação do fogo e os danos que ele causará à estrutura do edifício.

A bateria LFP com capacidade de 10 kWh (padrão para apartamentos) contém 150 kWh de energia química (combustível). É essa a quantidade de calor que a bateria emitirá quando se esgotar completamente. Isso é muito? Um sofá com o mesmo peso (90 kg) possui duas vezes mais combustível (300 kWh). Uma estante de livros ou um armário de roupas têm ainda mais combustível (1000 kWh). Portanto, a quantidade de energia liberada por um tal armazenamento é muito menor do que a de qualquer móvel maior em nosso apartamento.

Assim, como já mostramos, o risco de incêndio com uma bateria doméstica no cenário “polonês” (4 vezes pior que o alemão) não é apenas menor do que o risco de incêndio com um sofá, mas também geralmente está associado a uma quantidade consideravelmente menor de calor emitido.

Potência máxima do fogo: bateria vs móveis

A quantidade de energia química acumulada é uma coisa, mas geralmente muito mais importante é o ritmo de sua liberação, ou seja, quão intensa é a chama. Isso pode parecer contraintuitivo, mas se um incêndio com a mesma quantidade de combustível durar uma semana no caso do objeto A ou 10 minutos no caso do objeto B, o objeto B é muito mais perigoso.

Por quê? Porque o objeto A queima lentamente e emite pouca calor por um período muito longo, enquanto o objeto B queima intensamente (ou até explode), liberando quantidades enormes de calor em pouco tempo, o que pode rapidamente causar a ignição de outros objetos na casa e dificultar a evacuação.

O sofá já mencionado, o armário de roupas ou a estante de livros queimam rapidamente e, no auge do incêndio, emitem uma enorme quantidade de calor, chegando a até 2-3 MW. Nesse período, a bateria doméstica queima com muito menos intensidade, liberando no máximo 0,2-0,5 MW de calor. Isso proporciona mais tempo para que os moradores reajam e a equipe de bombeiros chegue.

Emissões de gases: bateria vs sofá

No entanto, não são o fogo e a temperatura, mas sim os gases tóxicos emitidos pelos objetos em chamas que, na maioria das vezes, representam a principal ameaça de incêndio à vida e à saúde das pessoas. No caso da bateria, esses gases podem começar a ser liberados minutos antes do surgimento das chamas. O mesmo pode acontecer com o sofá, caso ele comece a queimar lentamente.

Nos mostraremos os níveis registrados de emissão de gases nos testes de incêndio relacionados aos riscos atuais, ou seja, dos equipamentos predominantes nos apartamentos e dos novos, na forma de baterias, juntamente com os dados de medição dos testes CNBOP, na segunda parte do artigo.

Na segunda parte do artigo…

Na segunda parte do artigo, também discutiremos o nível real de risco decorrente da possibilidade de formação de uma atmosfera inflamável de hidrogênio em baterias domésticas LFP. Na continuação do artigo, resumiremos os níveis de risco gerados pelas baterias em relação a outros perigos existentes, bem como as maneiras de reduzir esses riscos – desde o nível de proteção dos módulos das baterias e sua separação, até possíveis soluções de engenharia. Também resumiremos os motivos pelos quais o governo apoia o desenvolvimento de sistemas domésticos de armazenamento de energia e por que eles estão se expandindo rapidamente no mundo. Resumiremos em quê se concentram as normas internacionais de segurança contra incêndios para baterias domésticas e apresentaremos um breve conjunto de recomendações.

A segunda parte do artigo será publicada nos próximos dias.