Превентивні обмеження для фотовольтаїки та акумуляторів? Частина 1

MRiT завершує роботу над правилами, в яких розглядається „превентивний“ заборону встановлення акумуляторів у квартирах та обмеження для акумуляторів у будинках. Також вирішується доля балконних фотоелектричних систем. Що кажуть пожежники та експерти з питань пожежної безпеки? Як це роблять інші країни Європи? Частина 1.

Зміст

Дивіться також другу частину цього аналізу: Превентивні обмеження для фотоелектричних систем та акумуляторів? Ч. 2

„Розвиток — це завжди певний ризик, але водночас і велика потреба. Усе треба зважувати“, — почув я нещодавно від високопоставленого офіцера Головного управління Державної пожежної служби. Подібні слова регулярно лунають також на міжнародних конференціях „Безпека нових технологій“, організованих CNBOP (державним інститутом пожежної справи), у яких я беру участь вже багато років.

Питання полягає у тому, чи під час роботи над новелізацією постанови про технічні умови будівель вдалося збалансувати правила так, щоб вони не стримували розвиток нових технологій, забезпечуючи водночас безпеку їх використання?

Думки щодо цього тут розділені навіть серед самих пожежників. Частина виступає за превентивне запровадження часткових заборон та суворіших обмежень – принаймні на кілька років, тоді як інші підтримують встановлення базових вимог (датчиків, відстаней) та зосередження уваги на сертифікації самих складів.

Експерти з пожежної безпеки та електромонтажу додають до цього ще вимоги щодо монтажу, який має здійснювати кваліфікований електрик, та регулярних перевірок, адже статистика з усього світу показує, що ризик виникнення пожежі через електропроводку є у багато разів вищим, ніж через самих елементів або фотовольтаїчних панелей.

Наразі електроустановки та пристрої в Польщі спричиняють 8% пожеж у житлових будівлях. Однак, для порівняння, 48% цих пожеж виникає через опалення твердим паливом, переважно вугіллям.

Сертифікація акумуляторів усунула б багато побоювань пожежників

Саме цей ризик, здається, є основною темою, навколо якої зосереджується увага всіх наших співрозмовників – від KG PSP, через CNBOP, AP, SITP, експертів, галузевих організацій аж до виробників. Як кажуть пожежники, якби ми сертифікували домашні акумуляторні батареї в Польщі, замість того щоб довіряти деклараціям імпортерів найдешевших акумуляторів з Китаю, їхнє ставлення до необхідних заходів безпеки в домогосподарствах було б іншим. То чому ми вдаємося до превентивної заборони на монтаж від Ковальського, замість обов’язкової сертифікації для виробників акумуляторних батарей?

– Ми вже давно безрезультатно намагаємося досягти обов’язковості такої сертифікації, – переконує нас представник одного з західних виробників інверторів та акумуляторів. – Тоді як запропоновані зараз правила WT замість того, щоб змусити виробників проходити сертифікацію, спрямовані на перекладення витрат, пов’язаних із зменшенням ризиків, на громадян, що значно подорожчає для польських сімей та обмежить енергетичну трансформацію, – додає він.

Це все одно, що замість обов’язкової гомологації та періодичних оглядів автомобілів ми хотіли б покращити безпеку їхнього паркування в житлових будинках шляхом обов’язкового оснащення місць паркування поглинаючими килимками, які захоплюють витоки олії та палива, датчиками LZO та LPG для виявлення непроникностей паливних систем, а також обов’язковими вогнегасними ковдрами та спринклерами для обмеження масштабів пожежі.

Як ми чуємо з CNBOP, тобто державного органу, відповідального за таку сертифікацію, досі жоден виробник резервуарів не придбав такої сертифікації. Зазвичай виробники проводять її в Німеччині, США чи Китаї. Тож CNBOP піддає тестуванню резервуари, які сам купив, щоб оцінити не стільки ризик пожежі (адже належне нагрівання горелкою зрештою підпалить кожен резервуар), скільки розвиток та наслідки таких пожеж.

Перша інформація, яка надійшла до нас з цих тестів, була досить оптимістичною – спричинити пожежу було складно, а поширення між модулями акумулятора не відбувалося. Склад газів також не був настільки небезпечним, як це випливає з наукової літератури. Проте протягом найближчих тижнів CNBOP опублікує першу статтю з детальними результатами, розкриваючи більше про наслідки цих пожеж.

Про який ризик ми говоримо? Газ, автомобіль, димохід

Не без причини сценарій та наслідки пожежі знаходяться в центрі уваги CNBOP. Разом із ймовірністю виникнення пожежі вони формують профіль ризику даної технології.

Наприклад, газові установки в житлових будинках можуть призвести до вибуху із стрімким розвитком та серйозними наслідками, включаючи ризик обвалу частини або всього будинку. Однак ймовірність такої несправності є низькою. У Польщі щороку трапляється „лише“ близько 20 будівельних катастроф, спричинених вибухом природного газу; у них гине кілька-декілька десятків осіб. Основним способом зменшення цього ризику з боку користувача є обов’язкове наявність вентиляційної решітки, обмеження кількості зберігання вдома до максимум 2 балонів LPG по 11 кг кожен та правила щодо підключення плит до будівельної інфраструктури. Цього недостатньо для повного усунення цього ризику. Проте ми не йдемо далі – наприклад, на використання посилених стель та стін кухні, негорючих кухонних шаф чи сталевих дверей для неї. Ризик та кількість жертв залишаються на прийнятному рівні.

Ми просунулися вперед у розробці стандартів для виробників газових плит. Польські правила вимагають дотримання таких стандартів, а стандарти на рівні правил ЄС зобов’язують оснащувати газові плити клапанами, які запобігають неконтрольованому витоку газу (тож сьогодні широко використовуються електроклапани, керовані термопарою).

На протилежному полюсі ми маємо дуже часті пожежі – сажу в димоході. Це кожна друга пожежа житлового будинку в нашій країні (кілька десятків тисяч випадків на рік). Однак, хоча ця проблема стрімко розвивається, її наслідки дуже обмежені – вогонь рідко поширюється на дах. Дим зазвичай не проникає крізь стіни димоходу. Тому це також ризик на прийнятному рівні.

Десь посередині спостерігається кількість пожеж автомобілів. Ризик є помірним та становить 0,05% на рік (щороку трапляється 10 тисяч пожеж автомобілів). Однак вони розвиваються дуже швидко (достатньо 3–4 хвилин, щоб бензиновий автомобіль вже не можна було загасити звичайним вогнегасником), і супроводжуються величезним виділенням тепла та смертельних газів. Проте сценарії таких пожеж показують, що вони часто трапляються поза будівлями, і рідко призводять до вибуху пар бензину, що витікає з розплавленого бака. Загальний ризик, який становлять такі пожежі, досі не спонукав уряд навіть до впровадження обов’язкової установки датчиків диму в гаражах. Цей ризик вважається прийнятним.

За 20% жертв пожеж квартир відповідає диван

Таких ризиків навколо нас є тисячі щодня. Багато з них є непомітними та можуть мати потенційно трагічні наслідки. Одним із таких ризиків є пожежа на дивані. Згідно з статистикою американського NFPA, близько 2% пожеж у житлових приміщеннях починаються саме від меблів із оббивкою (переважно диванів). Зазвичай причиною такої пожежі є вогонь та попіл від сигарети, випадкове нагрівання грилем, іскра з каміна, свічка, поставлена поблизу, або перегрітий зарядний пристрій для ноутбука/телефону чи живлення.

Ймовірність такої пожежі є невеликою, але її перебіг та наслідки часто бувають трагічними. Як повідомляє NFPA, майже 20% жертв пожеж у будинках/квартирах гине внаслідок інциденту, який почався від загоряння дивана. Причиною є стрімкий розвиток такої пожежі, спричинений поліуретановою піною та оббивкою – це штучні матеріали (зазвичай виготовлені з нафти).

Диван швидко загоряється та стрімко підпалює інші речі в квартирі (має велику площу згоряння). Крім того, він виділяє величезну кількість чорного диму, який ускладнює евакуацію людей, а також дуже багато смертельних газів за короткий час – CO (чад) та HCN (циановодень). Останній легко проникає крізь одяг (навіть захисні уніформи пожежників) та вбиває навіть протягом 2–3 хвилин. Через це профіль пожежного ризику дивана стане нашим орієнтиром через мить.

Ще гірша ситуація спостерігається у Великобританії — статистика пожеж у Англії демонструє значну нерівновагу між частотою виникнення пожеж та їх наслідками. Меблі з оббивкою (ліжка, матраци, дивани) є першим елементом, який загоряється приблизно у 12% домашніх пожеж, але вони становлять 29% всіх смертей. Більше того, вони є основним матеріалом, який сприяє поширенню пожежі у 16% випадків, проте пов’язані з аж 43% смертей, що свідчить про те, що хоча вони рідше ініціюють пожежу, то значно підвищують її смертність.

Як часто горять фотовольтаїчні системи та акумулятори?

Як — на тлі ризиків, які нам добре відомі, — виглядають ці нові ризики: акумулятори (стаціонарні та в автомобілях) чи фотовольтаїчні системи? Нагадаємо, що ризик пожежі в житловому будинку в Польщі з будь-якої причини становить 0,4% на рік (у Німеччині — 0,3%).

Ризик пожежі у бензиновому автомобілі є в десять разів нижчим і становить 0,04% (а в Польщі цей показник все одно значно вищий, ніж у Німеччині чи Норвегії, що пов’язано, наприклад, з імпортом старих електромобілів з Заходу та ремонтом у майстернях без належного досвіду).

Ще менші шанси на виникнення пожежі створюють домашні акумулятори типу LFP. Цей ризик досліджували вчені з політехніки в Аахені. Їхні дослідження є важливими, адже хоча в Польщі сьогодні є „лише“ близько 130 тис. домашніх літій-іонних акумуляторів, у Німеччині їх у будинках та квартирах вже близько 3 млн (включаючи кілька сотень тисяч акумуляторів типу plug-in, які встановлюються переважно у квартирах багатоквартирних будинків). Ризик пожежі від домашнього акумулятора сьогодні становить 0,005%.

За даними вчених з Аахена, холодильники та морозильні камери мають порівнянну ймовірність виникнення пожежі: 0,001% на рік.

Давайте ще раз повернемося до ризику пожежі в будинку, яка починається з дивана. Згідно з даними KG PSP та американської NFPA, цей показник становить 0,007%.

Пожежа в будинку — раз на 250 років, акумулятор — раз на…. 5000 років

Як перекласти ці відсотки? Якщо ймовірність пожежі в будинку/квартирі в Польщі становить 0,4%, це означає, що статистичний будинок у Польщі зазнає пожежі раз на 250 років.

Як часто виникає пожежа в акумуляторі в квартирі? Ймовірність, що дорівнює 0,005%, означає, що статистично така пожежа торкнеться квартири з акумулятором раз на… 20000 років (точніше: раз на двадцять тисяч років). А що, якщо німці помиляються? Пожежі фотовольтаїчних систем (а їх встановлюють ті самі монтажники, що й акумулятори) трапляються в Польщі у 4 рази частіше. Це означатиме, що акумулятор у середньому загоряється у свого власника раз на 5000 років.

Іншими словами, згідно з чорним сценарієм, що ґрунтується на наявних даних з Німеччини та екстраполюється на польські стандарти виконання та обладнання (у 4 рази гірші), якщо в Польщі буде 1 млн акумуляторів у будинках та квартирах, вони стануть причиною 200 пожеж на рік. Нагадаємо, що загальна кількість пожеж у будинках в Польщі становить близько 30 тис., а пожеж автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння — майже 10 тис.

Тож перейдімо до наступних двох складових профілю ризику: сценаріїв розвитку такої пожежі та її наслідків для мешканців, рятувальників та майна.

Як оцінювати ризик?

Щоб зрозуміти, чи слід нам мати більш чи менш ліберальний підхід до встановлення фотовольтаїки та акумуляторів у будинках чи квартирах, ми повинні проаналізувати ризики, які вони несуть, порівняти їх з іншими ризиками, з якими ми стикаємося під час проектування наших будинків (наприклад, пожежа меблів, електропроводки чи бензинового автомобіля в гаражі), та відповісти на запитання, чи є тут на практиці інший набір та рівень ризиків порівняно з тими, з якими ми вже стикаємося, маючи в домі газові плити, балони з LPG, кілька десятків прямофазних перетворювачів, деревину, папір, кілька невеликих літій-єонних акумуляторів та сотні кілограмів обладнання з нафтопродуктів — від меблів до телевізорів, а в гаражі ще й кілька десятків літрів легкозаймистого та вибухонебезпечного палива серед сотень кілограмів отруйних пластиків.

Тож перейдімо до того, як розвиваються ці пожежі та які наслідки вони несуть. Ми повинні врахувати швидкість та загальну кількість тепла, що виділяється під час пожежі, кількість та шкідливість газів, які виходять з пристрою, рівень задимлення з огляду на можливість евакуації людей, здатність пристрою контролювати вогонь та запобігати його поширенню, а також ризики для рятувальників (рівень токсичності чи легкозаймистості утворюваної атмосфери, можливість отримання травм тощо).

Виділення тепла під час пожежі: акумулятор проти шафи

Однією з найважливіших загроз під час пожежі є кількість та швидкість виділення тепла від горючої речовини. Від цього залежить, наскільки швидко поширюватиметься пожежа та які пошкодження вона завдасть конструкції будівлі.

Акумулятор LFP ємністю 10 кВт·год (стандарт для квартири) містить у собі 150 кВт·год хімічної енергії (палива). Стільки тепла виділить акумулятор, коли повністю розрядиться. Чи це багато? Диван тієї ж маси (90 кг) містить у собі вдвічі більше палива (300 кВт·год). Книжкова полиця чи шафа для одягу містять ще більше палива (1000 кВт·год). Отже, кількість енергії, що вивільняється з такого накопичувача, у багато разів менша, ніж з будь-якого більшого меблевого предмета в нашій квартирі.

Отже – як ми вже показували – ризик загоряння домашнього акумулятора в „польському“ сценарії (у 4 рази гіршому, ніж у німецькому) є не лише нижчим, ніж ризик загоряння дивана, але й зазвичай супроводжується значно меншою кількістю виділеного тепла.

Максимальна потужність пожежі: акумулятор проти меблів

Вже згадана диван, шафа з одягом чи книжкова полиця швидко горять та у розпал пожежі випромінюють величезну кількість тепла — аж 2-3 МВт. У цей час домашній акумулятор горить значно менш інтенсивно, випромінюючи у розпал максимум 0,2-0,5 МВт тепла. Це дає більше часу на реакцію мешканців та прибуття пожежної служби.

Виділення газів: акумулятор проти дивана

Проте не вогонь та температура, а отруйні гази, що вивільняються з горячих предметів, найчастіше є ключовою пожежною загрозою для життя та здоров’я людей. У випадку акумулятора такі гази можуть почати вивільнятися за кілька хвилин до появи вогню. Те саме може статися з диваном, якщо він починає тліти.

Рівні викидів газів, зафіксовані під час випробувань на пожежну безпеку існуючих загроз, тобто переважного обладнання квартир та нового — у вигляді акумуляторів, разом із даними вимірювань з тестів CNBOP, ми покажемо у другій частині статті.

У другій частині статті…

У другій частині статті ми також розглянемо реальний рівень ризику, пов’язаний із можливістю утворення горючої атмосфери водню у разі використання домашньої батареї типу LFP. Далі ми підсумуємо рівні ризиків, які створює батарея, у порівнянні з іншими існуючими загрозами, а також способи їх зменшення – від рівня захисту батарейних модулів та їх розділення до можливих будівельних рішень. Ми також опишемо причини, чому уряд підтримує розвиток домашніх енергосховищ, та чому вони розвиваються у світі з блискавичною швидкістю. Крім того, ми підсумуємо основні вимоги закордонних стандартів пожежної безпеки для домашніх батарей та наведемо короткий перелік рекомендацій.

Друга частина статті з’явиться протягом найближчих днів.