Превентивные ограничения для фотовольтаики и аккумуляторов? Часть 1

MRiT завершает работу над правилами, в которых рассматривается «превентивный» запрет на установку аккумуляторов в квартирах и ограничения для аккумуляторов в домах. Также решается судьба балконных фотовольтаических установок. Что говорят пожарные и эксперты по пожарной безопасности? Как поступают другие страны Европы? Часть 1.

Оглавление

Посмотрите также вторую часть этого анализа: Превентивные ограничения для фотовольтаики и аккумуляторов? Часть 2

«Развитие — это всегда какой-то риск, но в то же время и большая необходимость. Всё нужно взвешивать», — услышал я недавно от высокопоставленного офицера Главного управления Государственной пожарной службы. Похожие слова регулярно звучат также на международных конференциях «Безопасность новых технологий», организуемых CNBOP (государственным институтом пожарной безопасности), в которых я участвую уже много лет.

Вопрос в том, удалось ли при работе над поправками к постановлению о технических условиях зданий сбалансировать нормы таким образом, чтобы они не препятствовали развитию новых технологий, обеспечивая в то же время безопасность их использования?

Здесь мнения разделены даже среди самих пожарных. Часть выступает за превентивное введение частичных запретов и более строгих ограничений — хотя бы на несколько лет, в то время как другие поддерживают введение базовых требований (датчиков, расстояний) и сосредоточение внимания на сертификации самих хранилищ.

Эксперты по пожарам и электромонтажу добавляют к этому ещё требования, связанные с монтажом квалифицированным электриком и регулярными проверками, поскольку статистика из разных стран показывает, что риск возникновения пожара из-за электропроводки во много раз выше, чем из-за самих элементов или фотоэлектрических панелей.

В настоящее время электроустановки и оборудование вызывают 8% пожаров в жилых зданиях в Польше. Однако, для сравнения, 48% этих пожаров возникает из-за отопления твердым топливом, в основном углем.

Сертификация аккумуляторов развеяла бы многие опасения пожарных

И именно это риско, по-видимому, является основной темой, вокруг которой сосредоточено внимание всех наших собеседников — от руководства пожарной службы до CNBOP, AP, SITP, экспертов, отраслевых организаций и производителей. По словам пожарных, если бы мы сертифицировали домашние аккумуляторные хранилища в Польше, вместо того чтобы полагаться на заявления импортеров самых дешевых аккумуляторов из Китая, их подход к необходимым мерам безопасности в домашних условиях был бы иным. Почему же тогда мы прибегаем к превентивному запрету на установку от Ковальского, вместо обязательной сертификации для производителей хранилищ?

– Мы уже давно безуспешно добиваемся введения обязательной такой сертификации, – утверждает представитель одного из западных производителей инверторов и аккумуляторов. – В то же время предлагаемые в настоящее время правила WT вместо принуждения производителей к сертификации направлены на перекладку расходов, связанных с снижением рисков, на граждан, что станет во много раз дороже для польских семей и замедлит процесс трансформации энергетики, – добавляет он.

Это всё равно что вместо обязательной сертификации и периодического техосмотра автомобилей мы хотели бы улучшить безопасность их парковки в многоквартирных зданиях путем обязательного оснащения парковочных мест абсорбирующими ковриками, поглощающими утечки масла и топлива, датчиками угарного газа и СНГ, предназначенными для выявления утечек в топливных системах, а также обязательными огнетушащими одеялами и распылителями для сокращения масштабов пожара.

Как мы узнали из CNBOP, государственного органа, ответственного за такую сертификацию, до сих пор ни один производитель резервуаров не приобрёл такую сертификацию. Обычно производители получают её в Германии, США или Китае. Поэтому CNBOP подвергает тестам резервуары, которые само приобрело, чтобы оценить не столько риск пожара (ведь достаточно длительное нагревание горелкой в конце концов подожжёт любой резервуар), сколько развитие и последствия таких пожаров.

Первые сведения, которые поступили к нам относительно этих тестов, были довольно оптимистичными — возникновение пожара было затруднительным, а распространение между модулями батареи не происходило. Состав газов также не был настолько опасным, как следовало бы из литературы. Однако в ближайшие недели CNBOP опубликует первую статью с подробными результатами, раскрывающую больше информации об эффектах этих пожаров.

О каком риске идет речь? Газ, автомобиль, дымоход

Не без причины сценарий и последствия пожара находятся в центре внимания CNBOP. Вместе с вероятностью возникновения пожара они формируют профиль риска данной технологии.

Например, газовые установки в жилых зданиях могут привести к взрыву с быстрым развитием и серьезными последствиями, включая риск обрушения части или всего здания. Однако вероятность возникновения такой аварии невысока. В Польше ежегодно происходит «только» около 20 строительных катастроф, вызванных взрывом природного газа; погибает несколько-десяток человек. Основными способами снижения этого риска со стороны пользователя являются обязательная вентиляционная решетка, ограничение количества хранящихся дома баллонов LPG до 2 штук по 11 кг каждый, а также правила подключения плит к инженерным сетям здания. Этого недостаточно для полного исключения риска. Однако дальше мы не заходим — например, с использованием усиленных потолков и стен кухни, негорючих кухонных шкафов или стальных дверей в нее. Риск и количество жертв находятся на приемлемом уровне.

Мы пошли дальше в разработке стандартов для производителей газовых плит. Польские правила требуют соблюдения таких стандартов, а стандарты на уровне правил ЕС предписывают оснащать газовые плиты устройствами, предотвращающими неконтролируемый выход газа (в результате сегодня широко используются электрозапоры, управляемые термопарой).

На противоположном полюсе — очень частые пожары из-за сажи в дымоходе. Это каждый второй пожар жилого здания в нашей стране (несколько десятков тысяч случаев в год). Однако, хотя он развивается стремительно, его последствия очень ограничены — огонь редко переходит на крышу. Угарный газ обычно не проникает через стенки дымохода. Поэтому это также риск на приемлемом уровне.

Где-то посередине существует риск пожаров в автомобилях. Риск является умеренным и составляет 0,05% в год (в среднем происходит 10 тысяч пожаров автомобилей в год). Однако они развиваются очень быстро (для бензиновых автомобилей достаточно 3–4 минут, чтобы их уже невозможно было потушить обычным огнетушителем), и сопровождаются огромным выделением тепла и смертельных газов. Сценарии таких пожаров показывают, что они часто возникают за пределами зданий и редко приводят к взрыву паров бензина, вытекающего из расплавленного бака. Общий риск, который представляют такие пожары, до сих пор не побудил правительство даже ввести обязательную установку датчиков дыма в гаражах. Риск считается приемлемым.

За 20% жертв пожаров в квартирах отвечает диван

Каждый день вокруг нас происходят тысячи подобных рисков. Многие из них неочевидны и могут иметь катастрофические последствия. Одним из таких рисков является пожар на диване. По статистике американской организации NFPA около 2% пожаров в жилых помещениях начинаются именно с мебели с обивкой (в основном диванов). Обычно причинами такого пожара становятся жар и пепел от сигареты, случайное нагревание утюгом, искра из камина, свеча, поставленная рядом, или перегретый зарядный устройство для ноутбука/телефона, а также блок питания.

Вероятность возникновения такого пожара невелика, но его ход и последствия часто бывают трагичными. Как сообщает NFPA, почти 20% жертв пожаров в домах/квартирах гибнут в происшествиях, начавшихся с загорания дивана. Причиной является стремительное распространение такого пожара из-за полиуретановой пены и обивки — это синтетические материалы (обычно произведенные из нефти).

Диван быстро загорается и мгновенно поджигает другие предметы в квартире (у него большая площадь горения). Кроме того, он выделяет огромное количество черного удушающего дыма, который затрудняет эвакуацию людей, а также большое количество смертельных газов в кратчайшие сроки – CO (угарный газ) и HCN (циановодород). Последний легко проникает сквозь одежду (даже защитную униформу пожарных) и может убить человека уже через 2–3 минуты. Поэтому профиль пожарного риска, связанный с диваном, вскоре станет для нас важным ориентиром.

Ситуация в Великобритании ещё хуже — статистика пожаров в Англии демонстрирует явное несоответствие между частотой возникновения пожаров и их последствиями. Мебель с мягкой обивкой (кровати, матрасы, диваны) являются первым источником возгорания примерно в 12% домашних пожаров, но уже ответственны за 29% смертельных случаев. Более того, они выступают основным материалом, способствующим распространению пожара, в 16% случаев, но связаны с целых 43% смертей, что указывает на то, что, хотя они реже становятся причиной пожара, они значительно повышают его смертность.

Как часто возгораются фотовольтаические системы и аккумуляторы?

Каковы — на фоне хорошо нам известных рисков — эти новые риски, связанные с аккумуляторами (стационарными и в автомобилях) или фотовольтаическими системами? Напомним, что риск пожара в жилом здании в Польше по любой причине составляет 0,4% в год (в Германии — 0,3%).

Риск возгорания бензинового автомобиля в десять раз ниже и составляет 0,04% (а в Польше эта цифра и так значительно выше, чем в Германии или Норвегии, что связано, например, с импортом старых электромобилей с Запада и ремонтом в мастерских без опыта).

Для сравнения, по статистике KG PSP риск возгорания самой батареи в электромобиле в Польше ещё на порядок ниже и составляет 0,006% (только каждый седьмой пожар в электромобиле касается батареи).

Ещё меньшие шансы на возникновение пожара сопряжены с домашними аккумуляторами типа LFP. Этот риск изучали исследователи из технического университета в Ахене. Их исследования имеют большое значение, поскольку в Польше сегодня насчитывается «всего» около 130 тыс. домашних литиево-йонных аккумуляторов, тогда как в Германии их уже около 3 млн в домах и квартирах (включая несколько сотен тысяч аккумуляторов типа plug-in, установленных в основном в квартирах многоквартирных зданий). Риск пожара от домашнего аккумулятора сегодня составляет 0,005%.

Для сравнения, ещё меньшая вероятность пожара характерна для солнечных электростанций (0,001% в Германии и 0,004% в Польше, согласно анализам WysokieNapiecie.pl, основанным на данных KG PSP и опросе пожарных).

Холодильники и морозильные камеры, по данным учёных из Ахена, имеют сопоставимую вероятность пожара: 0,001% в год.

Давайте вернёмся к риску пожара в доме, начинающегося с ковра. Согласно данным KG PSP и американской NFPA, этот показатель составляет 0,007%.

Пожар в доме — раз в 250 лет, пожар аккумулятора — раз в… 5000 лет

Как интерпретировать эти проценты? Если вероятность пожара в доме/квартире в Польше составляет 0,4%, это означает, что средний дом в Польше подвергнётся пожару раз в 250 лет.

Как часто возникают пожары в аккумуляторах в квартирах? Вероятность, равная 0,005%, означает, что средний такой пожар случится в квартире с аккумулятором раз в… 20000 лет (то есть раз в двадцать тысяч лет). А что, если немцы ошибаются? Пожары на фотовольтаических установках (которые монтируют те же специалисты, что и аккумуляторы) встречаются в Польше в 4 раза чаще. Это будет означать, что аккумулятор в среднем загорится у своего владельца раз в 5000 лет.

Другими словами, согласно мрачному сценарию, основанному на данных из Германии и применённому к польским стандартам установки и оборудования (на 4 раза худшим), если в Польше будет 1 млн аккумуляторов в домах и квартирах, они станут причиной 200 пожаров в год. Напомним, что общее количество пожаров в домах в Польше составляет около 30 тыс., а пожаров автомобилей с двигателями внутреннего сгорания — почти 10 тыс.

Вероятность возникновения пожара из-за аккумуляторов сегодня, честно говоря, крайне низка. Сбор данных о их частоте возникновения со стороны Главного управления пожарной охраны должен стать отправной точкой для обсуждения возможных полных запретов на их установку или других ограничений.

Давайте перейдём к следующим двум компонентам профиля риска: сценариям развития такого пожара и его последствиям для жителей, спасателей и имущества.

Как оценивать риск?

Чтобы понять, следует ли нам придерживаться более или менее либерального подхода к установке фотовольтаических панелей и аккумуляторов в домах или квартирах, мы должны проанализировать риски, которые они несут с собой, сопоставить их с другими рисками, с которыми мы сталкиваемся при проектировании наших домов (например, пожар от мебели, электропроводки или автомобиля с двигателем внутреннего сгорания в гараже), и ответить на вопрос о том, существует ли здесь на практике иной набор и уровень рисков по сравнению с теми, с которыми мы уже сталкиваемся при наличии в домах газовых плит, баллонов с СНГ, десятков прямых преобразователей, древесины, бумаги, нескольких небольших литий-ионных аккумуляторов и сотен килограммов оборудования из нефтепродуктов — от мебели до бытовой техники, а в гараже к этому еще десятков литров легковоспламеняющегося и взрывоопасного топлива среди сотен килограммов токсичных пластиков.

Давайте рассмотрим, как развиваются эти пожары и какие у них последствия. Нам следует учитывать скорость и общую мощность тепловыделения при пожаре, количество и вредоносность газов, выделяемых устройством, уровень задымления с точки зрения возможности эвакуации людей, способность устройства справляться с огнем и передавать его, а также риски для спасателей (уровень токсичности или легковоспламеняемости образующейся атмосферы, вероятность удара током и т. д.).

Тепловыделение при пожаре: аккумулятор против шкафа

Одной из самых серьезных угроз во время пожара является количество и скорость тепловыделения от горящего вещества. От этого зависит, насколько быстро будет распространяться огонь и какой ущерб он причинит конструкции здания.

Аккумулятор LFP емкостью 10 кВт·ч (стандарт для квартиры) содержит в себе 150 кВт·ч химической энергии (топлива). Столько тепла выделиит аккумулятор при полном сгорании. Много это? Диван той же массы (90 кг) содержит в себе в два раза больше топлива (300 кВт·ч). Книжная полка или шкаф для одежды содержат ещё больше топлива (1000 кВт·ч). Следовательно, количество энергии, выделяемой таким накопителем, во много раз меньше, чем у любой крупной мебели в нашей квартире.

Следовательно, как мы уже показали, риск возгорания домашнего аккумулятора в «польском» сценарии (в 4 раза худшем, чем в немецком) не только ниже, чем риск возгорания дивана, но и обычно сопряжён с значительно меньшим количеством выделяемого тепла.

Максимальная мощность пожара: аккумулятор против мебели

Количество накопленной химической энергии — это одно, но обычно гораздо важнее темп её высвобождения, то есть насколько сильным является пожар. Это кажется нелогичным, но если пожар от одинакового количества топлива будет длиться неделю в случае с объектом А или 10 минут в случае с объектом B, то объект B гораздо опаснее.

Почему? Потому что объект А сгорает медленно и выделяет немного тепла в течение очень длительного времени, в то время как объект B сгорает стремительно (или даже взрывается), выделяя огромные количества тепла за короткий промежуток времени, что может мгновенно привести к возгоранию других предметов в доме и затруднить эвакуацию.

Упомянутый ранее диван, шкаф с одеждой или книжная полка быстро загораются и в пике пожара выделяют огромную тепловую мощность, достигающую даже 2-3 МВт. В то же время бытовой аккумулятор горит значительно менее интенсивно, выделяя в пике не более 0,2-0,5 МВт тепла. Это даёт больше времени на реакцию жителей и прибытие пожарной службы.

Выделение газов: аккумулятор против дивана

Однако не огонь и температура, а ядовитые газы, выделяющиеся из горящих предметов, чаще всего являются ключевой пожарной угрозой для жизни и здоровья людей. В случае с аккумулятором такие газы могут начать выделяться за несколько минут до появления огня. Подобное может произойти и с диваном, если он начинает тлеть.

Уровни выбросов газов, зафиксированные в тестах на пожарную безопасность существующих угроз, а именно от основного оборудования в квартирах и нового оборудования в виде аккумуляторов, наряду с данными измерений, полученными в ходе тестов CNBOP, мы покажем во второй части статьи.

Во второй части статьи…

Во второй части статьи мы также рассмотрим реальный уровень риска, связанного с возможностью образования взрывоопасной атмосферы водорода при использовании домашних аккумуляторов типа LFP. Далее в статье мы подведем итоги уровней риска, создаваемых аккумуляторами по сравнению с другими существующими угрозами, а также способов их снижения — от уровня защиты аккумуляторных модулей и их разделения до возможных строительных решений. Мы также расскажем о причинах, по которым правительство поддерживает развитие домашних систем хранения энергии, и почему они развиваются в мире с поразительной скоростью. Кроме того, мы опишем, на чем сосредоточены зарубежные противопожарные стандарты для домашних аккумуляторов, и представим краткий список рекомендаций.

Вторая часть статьи появится в ближайшие дни.