Законодательство Украины — энергетика

Для обеспечения стабильности энергосистемы Украины, особенно в условиях военного положения, внедрение установок хранения энергии (УЗЭ) является критически важным. Эти установки позволяют накапливать излишки электроэнергии в периоды низкого потребления и использовать их при пиковых нагрузках, способствуя стабилизации энергосистемы и повышению энергоэффективности.(Верховна Рада України).

Законодательное регулирование деятельности по хранению электроэнергии в Украине определено Законом України «Про ринок електричної енергії» № 2019-VIII від 13.04.2017 р. та Законом України «Про альтернативні джерела енергії» № 555-IV від 20.02.2003 р. Согласно этим законам, деятельность по хранению энергии подлежит лицензированию электроэнергии меньше определенных лицензионных условий показателей. (Держзакупівлі)

Операторы УХЭ имеют право осуществлять куплю-продажу электроэнергии на рынке, предоставлять услуги по балансировке и вспомогательных услугах. Заодно им запрещено одновременно осуществлять деятельность по передаче и распределению электроэнергии, транспортировке и распределению природного газа, а также выполнять функции оператора рынка.(Законодавство України, ZakonOnline)

Внедрение УХЭ способствует децентрализации энергосистемы, развитию малой и маневровой энергетики, а также повышению автономности как частных потребителей, так и предприятий. Это особенно актуально в условиях постоянных обстрелов энергетической инфраструктуры российской федерации, что требует повышения устойчивости и гибкости энергосистемы Украины.

Проблема хранения электроэнергии

Возобновляемые источники энергии – солнце, ветер, вода – являются основой для экологической трансформации энергетики. Но их генерация нестабильна и зависит от природных условий, что создает трудности для накопления энергии и баланса в работе энергосистемы.

Солнечная энергия доступна только днем, а производительность зависит от погоды и сезона.

Ветровая энергия зависит от сезонных и суточных изменений ветра. Как результат избыток энергии в определенные часы (не используемый) и дефицит в другие (когда генерация низкая). Решением этой проблемы является применение УЗЭ, которые позволяют накапливать излишки электроэнергии в периоды низкого потребления и использовать во время пиковых нагрузок. Европейская ассоциация сохранения энергии (European Association for Storage of Energy, EASE) отмечает обязательную необходимость развития возобновляемой энергетики (ВИЭ) параллельно с системами хранения энергии. В Украине, особенно в условиях военного положения, внедрение УХЭ становится критически необходимым.

Литий-ионные батареи (Li-ion) являются основными технологиями как для потребительской электроники и электромобилей, так и для стационарных BESS (Battery Energy Storage System). На 2020 год они составляли 93% всех новых мощностей накопления энергии в мире (в 2015 году только 71%).

Выявление пожаров в литий-ионных системах накопления энергии (BESS)

Литий-ионные батареи, несмотря на свою эффективность, имеют высокий риск возгорания, что представляет угрозу как владельцам активов, так и страховым компаниям.

Что вызывает пожар?

1. Неисправность батареи. Механические повреждения, перезарядка или внутренние дефекты.
2. Следующим этапом является образование отходящего газа, которое происходит значительно раньше теплового разгона (thermal runaway) – это реакция самонагрева, которая может повысить температуру элемента от 80 °C до 1000 °C в считанные секунды). Далее происходит образование дыма, что означает, что начался тепловой разгон и катастрофа уже неизбежна. Образование пожара часто происходит одновременно с образованием дыма, тогда быстрое распространение возгорания становится гораздо более вероятным.
3. Образование отходящего газа может произойти от 2 до 30 минут до образования дыма и теплового разгона. Когда батарея начинает выходить из строя, электролиты разрушаются и образуют отходящий газ. Этот отходящий газ вызывает повышение внутреннего давления в элементе батареи, газ в конечном итоге высвобождается из ячейки. Зная, когда это событие происходит, у нас есть время, чтобы предотвратить или смягчить последствия неисправности аккумулятора.

Жизнь и смерть шкафа с Li-Ion АКБ за 28 сек

Традиционные BMS (системы управления батареями) и газо- или дымодетекторы не способны выявлять ранние признаки разложения батарей, в частности электролитные испарения (off-gases). Работают только тогда, когда возгорание уже началось или близко к этому.

Обнаружение отходящего газа

Решения в виде традиционных тепловых и дымовых извещателей не помогают, пока не становится слишком поздно (на этапе обнаружения дыма или пожара, литий-ионные системы уже в неконтролируемой стадии пожара). Единственным эффективным способом обнаружения неисправности является система LI-ION TAMER®. Это единственный современный сенсор, который:

• обнаруживает летучие органические соединения (VOC), H₂, CO, углеводороды и пары электролита на раннем этапе;
• совместим с любой BESS системой;
• обеспечивает удаленный мониторинг;
• система допускает разные варианты установки и размещения датчиков;
• минимизирует ложные износы, снижая затраты на обслуживание.

Система Li-ion Tamer работает путем обнаружения паров электролита, выделяемых на начальных стадиях деградации батареи, задолго до появления дыма или огня.

Общая концепция защиты УХЭ (BESS)

Современные системы накопления энергии (BESS) нуждаются не в классическом пожаротушении, а в многоуровневой системе предупреждения аварии. Ключевой принцип заключается не в тушении пожара, а во избежании теплового разгона. Этого можно добиться с помощью интеграции:

• раннего обнаружения (off-gas);
• автоматизации (PLC/BMS);
• газового пожаротушения;
• вентиляции;
• локализации.

Этот подход соответствует требованиям National Fire Protection Association (NFPA 855 Standard for Installation of Stationary Energy Storage Systems) относительно:

• предотвращение теплового разгона;
• ограничение его последствий;
• автоматического перевода системы в безопасное состояние

Пожаротушение

Пожар Li-ion не классический, а комбинация телового разгона, внутреннего выделения кислорода и повторного самовозгорания, поэтому логика уменьшить концентрацию кислорода и разорвать химическую реакцию горения – не работает. Документ "Guidance on Li-ion Battery Fires", Fire Industry Association (FIA) дает оценку каждому виду пожаротушения.

Водяное пожаротушение – является основным и наиболее эффективным способом. Большое количество воды охлаждает, то есть снижает температуру ниже порога температурного разгона, предотвращает распространение на соседние элементы батарей и уменьшает риск повторного возгорания. Но нужно тонны воды, которой нет в местах расположения накопителей, а само тушение может занять часы. Вода средство номер один как средство контроля пожара, но ее большая потребность и вред для смежного оборудования делает невозможным ее применение.

Аэрозольное пожаротушение не обладает поглощающими свойствами тепла, а только на некоторое время может прекратить горение и оказывает, как и вода, негативное влияние и оборудование за счет остатков солей после срабатывания. К сожалению, многие эксперты слепо гасят все модулями аэрозольного пожаротушения все, что может гореть.

Порошковое пожаротушение документ Guidance on Li-ion Battery Fires вообще не рассматривает как приоритетный, а его эффективность оценивается через базовые принципы работы: ингибирование цепной реакции пламени и частичной изоляции поверхности. Порошок быстро сбивает пламя, но не обеспечивает охлаждение, не влияет на тепловой разгон батарей, не останавливает выделение газов и не проникает внутрь батарей непосредственно на ячейки (модули). Порошок оказывает очень кратковременный эффект и несет большой вред для оборудования.

Газовое пожаротушение на основе химических огнетушащих веществ основывается на принципе остановки химической реакции и быстрого поглощения тепловой энергии в зоне горения. FK-5-1-12 среди других огнетушащих веществ (HFC-125, HFC-227ea) является лидером по тепловому поглощению с величиной теплоемкости (Cp)=1.2–1.3 кДж/кг·К. Газовое пожаротушение способствует быстрому поглощению энергии тепла (охлаждению) в зоне горения, разбавляет горючую среду и без ущерба для оборудования может защищать вспомогательное оборудование в УЗЭ. Но, как и все другие способы пожаротушения, не останавливает тепловой разгон батарей.

Общая таблица применения пожаротушения УЗЭ

 Комплексное решение защиты УХЭ+ логику работы можно разделить на блоки:

1. Система раннего обнаружения разрушения Li-ion батарей с помощью Li-ion Tamer с круглосуточным мониторингом фона на наличие летучих соединений VOC (электролит), CO, H₂, углеводорода и возможностью удаленного мониторинга с помощью системы SCADA. Система позволяет отключить батареи (разрыв цепей DC, останов заряда/разряда батарей), отключение инвертора.
2. Превентивный запуск газового пожаротушения для разбавления среды от пожароопасных соединений и кратковременное охлаждение с целью выиграть время приезда пожарных служб, а также защиту от пожаров смежных систем (систем вентиляции, инверторов и т.п.).