Законодавство України - енергетика
Для забезпечення стабільності енергосистеми України, особливо в умовах воєнного стану, впровадження установок зберігання енергії (УЗЕ) є критично важливим. Ці установки дозволяють накопичувати надлишки електроенергії в періоди низького споживання та використовувати їх під час пікових навантажень, сприяючи стабілізації енергосистеми та підвищенню енергоефективності.(Верховна Рада України).
Законодавче регулювання діяльності зі зберігання електроенергії в Україні визначено 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. Згідно з цими законами, діяльність зі зберігання енергії підлягає ліцензуванню, за винятком випадків, коли встановлена потужність або обсяг відпуску електроенергії менші за визначені ліцензійними умовами показники.(Держзакупівлі)
Оператори УЗЕ мають право здійснювати купівлю-продаж електроенергії на ринку, надавати послуги з балансування та допоміжні послуги. Заразом їм заборонено одночасно здійснювати діяльність з передачі та розподілу електроенергії, транспортування та розподілу природного газу, а також виконувати функції оператора ринку.(Законодавство України, ZakonOnline)
Впровадження УЗЕ сприяє децентралізації енергосистеми, розвитку малої та маневрової енергетики, а також підвищенню автономності як приватних споживачів, так і підприємств. Це особливо актуально в умовах постійних обстрілів енергетичної інфраструктури з боку російської федерації, що вимагає підвищення стійкості та гнучкості енергосистеми України.
Проблема зберігання електроенергії
Відновлювані джерела енергії — сонце, вітер, вода — є основою для екологічної трансформації енергетики. Але їхня генерація є нестабільною та залежить від природних умов, що створює труднощі для накопичення енергії та балансу в роботи енергосистеми.
Сонячна енергія — доступна лише вдень, а продуктивність залежить від погоди і сезону.
Вітрова енергія — залежить від сезонних і добових змін вітру. Як результат надлишок енергії в певні години (який не використовується) і дефіцит в інші (коли генерація низька). Рішенням цієї проблеми є застосування УЗЕ, які дозволяють накопичувати надлишки електроенергії в періоди низького споживання та використовувати їх під час пікових навантажень. Європейська асоціація збереження енергії (European Association for Storage of Energy, EASE) відзначає обов'язкову необхідність розвитку відновлюваної енергетики (ВДЕ) паралельно із системами зберігання енергії. В Україні, особливо в умовах воєнного стану, впровадження УЗЕ стає критично необхідним.
Літій-іонні батареї (Li-ion) є основною технологією як для споживчої електроніки й електромобілів, так і для стаціонарних BESS (Battery Energy Storage System). На 2020 рік вони становили 93% усіх нових потужностей накопичення енергії у світі (у 2015 році — лише 71%).
Виявлення пожеж у літій-іонних системах накопичення енергії (BESS)
Літій-іонні батареї, незважаючи на свою ефективність, мають високий ризик загоряння, що становить загрозу як для власників активів, так і для страхових компаній.
Що викликає пожежу?
- Несправність батареї. Механічні пошкодження, перезарядка або внутрішні дефекти.
- Наступним етапом є утворення відхідного газу, яке відбувається значно раніше теплового розгону (thermal runaway) - це реакція самонагрівання, яка може підвищити температуру елемента від 80 °C до 1000 °C за лічені секунди). Далі відбувається утворення диму, що означає, що почався тепловий разгон і катастрофа вже неминуча. Утворення пожежі часто відбувається одночасно з утворенням диму, тоді швидке поширення загоряння стає значно більш імовірним.
- Утворення відхідного газу може статися від 2 до 30 хвилин до утворення диму та теплового розгону. Коли елемент батареї починає виходити з ладу, електроліти руйнуються та утворюють відхідний газ. Цей відхідний газ викликає підвищення внутрішнього тиску в елементі батареї, газ в кінцевому підсумку вивільняється з комірки. Знаючи, коли ця подія відбувається, ми маємо час, щоб запобігти або пом’якшити наслідки несправності акумулятора.
Життя і смерть шафи з Li-Ion АКБ за 28 сек
Традиційні BMS (системи керування батареями) та газо- чи димодетектори не здатні виявляти ранні ознаки розкладу батарей, зокрема електролітні випаровування (off-gases). Працюють лише тоді, коли загоряння вже почалося або близьке до того.
Виявлення відхідного газу
Рішення у вигляді традиційних теплових та димових сповіщувачів не допомагають, доки не стає занадто пізно (на етапі виявлення диму чи пожежі, літій-іонні системи вже в неконтрольованій стадії пожежі). Єдиним ефективним способом виявлення несправності є система LI-ION TAMER®. Це єдиний сучасний сенсор, що:
- виявляє леткі органічні сполуки (VOC), H₂, CO, вуглеводні та пари електроліту на ранньому етапі;
- сумісний із будь-якою BESS системою;
- забезпечує віддалений моніторинг;
- система допускає різні варіанти встановлення і розміщення датчиків;
- мінімізує хибні спрацювання, знижуючи витрати на обслуговування.
Система Li-ion Tamer працює шляхом виявлення парів електроліту, що виділяються на початкових стадіях деградації батареї, задовго до появи диму чи вогню.
Загальна концепція захисту УЗЕ (BESS)
Сучасні системи накопичення енергії (BESS) потребують не класичного пожежогасіння, а багаторівневої системи попередження аварії. Ключовий принцип полягає не в гасінні пожежі, а в уникненні теплового розгону. Це можливо досягти за допомогою інтеграції:
- раннього виявлення (off-gas);
- автоматизації (PLC/BMS);
- газового пожежогасіння;
- вентиляції;
- локалізації.
Цей підхід відповідає вимогам National Fire Protection Association (NFPA 855 Standard for the Installation of Stationary Energy Storage Systems) щодо:
- запобігання теплового розгону;
- обмеження його наслідків;
- автоматичного переведення системи в безпечний стан.
Пожежогасіння
Пожежа Li-ion не класична, а комбінація телового розгону, внутрішнього виділення кисню і повторного самозаймання, тому логіка зменшити концентрацію кисню і розірвати хімічну реакцію горіння - не працює. Документ “Guidance on Li-ion Battery Fires”, Fire Industry Association (FIA) дає оцінку кожному виду пожежогасіння.
Водяне пожежогасіння - є основним і найбільш ефективним способом. Велика кількість води охолоджує, тобто знижує температуру нижче порогу температурного розгону, запобігає поширенню на сусідні елементи батарей та зменшує ризик повторного займання. Але потрібно тонни води, якої немає в місцях розташування накопичувачів, а саме гасіння може тривати годинами. Вода засіб номер один, як засіб контролю пожежі, але її велика потреба і шкода для суміжного обладнання унеможливлює її застосування.
Аерозольне пожежогасіння не обладає поглинаючими властивостями тепла, а тільки на деякий час може припинити горіння та має, як і вода негативний вплив та обладнання за рахунок залишків солей після спрацювання. На жаль багато експертів сліпо гасять все модулями аерозольного пожежогасіння все, що може горіти.
Порошкове пожежогасіння документ “Guidance on Li-ion Battery Fires” взагалі не розглядає, як пріоритетний, а його ефективність оцінюється через базові принципи роботи: інгібування ланцюгової реакції полум’я та часткової ізоляції поверхні. Порошок швидко збиває полум’я, але не забезпечує охолодження, не не впливає на тепловий разгон батарей, не зупиняє виділення газів та не проникає всередину батарей безпосередньо на осередки (модулі). Порошок має дуже короткочасний ефект і несе велику шкоду для обладнання.
Газове пожежогасіння на основі хімічних вогнегасних речовин ґрунтується на принципі зупинки хімічної реакції та швидкого поглинання теплової енергії в зоні горіння. FK-5-1-12 серед інших вогнегасних речовин (HFC-125, HFC-227ea) є лідером по тепловому поглинанню з величиною теплоємності (Cp)=1.2–1.3 кДж/кг·К. Газове пожежогасіння сприяє швидкому поглинанню енергії тепла (охолодженні) в зоні горіння, розбавляє горюче середовище та без шкоди для обладнання може захищати допоміжне обладнання в УЗЕ. Але як і всі інші способи пожежогасіння не зупиняє тепловий разгон батарей.
Загальна таблиця застосування пожежогасіння УЗЕ
| Спосіб пожежогасіння | Гасіння полум’я | Охолодження | Зупинка теплового разгону | Ризик повторного займання | Шкода допоміжному обладнанню |
|---|---|---|---|---|---|
| Вода | + | + | - | високий | дуже висока |
| FK-5-1-12 | + | + | - | високий | відсутня |
| Аерозоль | + | - | - | високий | дуже висока |
| Порошок | +/- | - | - | дуже високий | висока |
Комплексне рішення захисту УЗЕ + логіку роботи можна розділити на блоки:
- Система раннього виявлення руйнування Li-ion батарей за допомогою Li-ion Tamer з цілодобовим моніторингом фону на наявність летких сполук VOC (електроліт), CO, H₂, вуглеводні та можливістю віддаленого моніторингу за допомогою системи SCADA. Система дозволяє відключити батареї (розрив ланцюгів DC, зупинка заряду/розряду батарей), відключення інвертора.
- Превентивний пуск газового гасіння для розбавлення середовища від пожежонебезпечних сполук та короткочасне охолодження з метою виграти час для приїзду пожежних служб, а також захист від пожеж суміжних систем (систем вентиляції, інверторів тощо).
