Spis treści
Zobacz także drugą część tej analizy: Prewencyjne ograniczenia dla fotowoltaiki i baterii? Cz. 2
„Rozwój to zawsze jakieś ryzyko, ale i wielka potrzeba. Wszystko trzeba ważyć” – usłyszałem niedawno od wysokiego rangą oficera Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej. Podobne słowa regularnie padają także na międzynarodowych konferencjach „Bezpieczeństwo Nowych Technologii”, CNBOP (państwowego instytutu pożarniczego) w których od lat uczestniczę.
Pytanie, czy podczas prac nad nowelizacją rozporządzenia o warunkach technicznych budynków (WT) udało się wyważyć przepisy tak, aby nie zatrzymały rozwoju nowych technologii, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo ich użytkowania?
Zdania są tu podzielone nawet wśród samych strażaków. Część optuje za prewencyjnym wprowadzeniem częściowych zakazów i ostrzejszych ograniczeń – choćby na kilka lat, podczas gdy inni są za wprowadzeniem podstawowych wymogów (czujek, odległości) i skupieniu się na certyfikacji samych magazynów.
Eksperci od pożarów i instalacji elektrycznych dodają do tego jeszcze wymogi dotyczące montażu przez uprawnionego elektryka i regularne przeglądy, bo statystyki ze świata pokazują, że ryzyko rozpoczęcia pożaru od instalacji elektrycznej jest wielokrotnie większe niż od samych ogniw czy paneli fotowoltaicznych.
Obecnie instalacje i urządzenia elektryczne powodują w Polsce 8% pożarów budynków mieszkalnych. Jednak, dla porównania, 48% tych pożarów wybucha z powodu ogrzewania paliwami stałymi, głównie węglem.
Certyfikacja baterii rozwiałaby wiele obaw strażaków
I to właśnie ryzyko zdaje się być główną osią wokół której skupia się uwaga wszystkich naszych rozmówców – od KG PSP, przez CNBOP, AP, SITP, rzeczoznawców, organizacje branżowe, aż po producentów. Jak mówią strażacy, gdybyśmy certyfikowali domowe magazyny w Polsce, zamiast ufać deklaracjom importerów najtańszych baterii z Chin, ich podejście do wymaganych zabezpieczeń w gospodarstwach domowych byłoby inne. Dlaczego zatem sięgamy po prewencyjny zakaz montażu przez Kowalskiego, zamiast obowiązkowej certyfikacji dla producentów magazynów?
– Od dawna, bez skutku, zabiegamy o obowiązek takiej certyfikacji – przekonuje nas przedstawiciel jednego z zachodnich producentów falowników i magazynów energii. – Natomiast proponowane obecnie przepisy WT, zamiast zmuszenia producentów do certyfikacji, idą w kierunku przerzucenia kosztów ograniczania ryzyka na obywateli, co będzie wielokrotnie droższe dla polskich rodzin i ograniczy transformację energetyczną – dodaje.
To tak, jakbyśmy zamiast obowiązkowej homologacji i okresowych przeglądów samochodów, chcieli poprawić bezpieczeństwo ich garażowania w budynkach mieszkalnych poprzez obowiązkowe wyposażanie stanowisk postojowych w maty sorpcyjne, wyłapujące wycieki oleju i paliwa, czujniki LZO oraz LPG, mające ujawnić nieszczelności instalacji paliwowych oraz obowiązkowe koce gaśnicze i tryskacze, aby ograniczać rozmiary pożaru.
Jak słyszymy w CNBOP, czyli państwowym instytucie odpowiedzialnym za taką certyfikację, dotychczas żaden producent magazynu nie wykupił takiej certyfikacji. Zwykle producenci robią ją w Niemczech, USA czy Chinach. CNBOP pali więc magazyny, które samo kupiło, aby ocenić nie tyle ryzyko pożaru (bo odpowiednio długie podgrzewanie palnikiem podpali w końcu każdy magazyn), co rozwój i skutki takich pożarów.
Pierwsze informacje, jaki dotarły do nas z tych testów, były dość optymistyczne – podpalenie było trudne, a propagacja między modułami baterii nie następowała. Skład gazów nie był też tak groźny, jak wynikałoby to z literatury. W najbliższych tygodniach CNBOP opublikuje jednak pierwszy artykuł z obszernymi wynikami, odsłaniając więcej z efektów tych pożarów.
O jakim ryzyku mówimy? Gaz, samochód, komin
Nie bez powodu scenariusz i skutki pożaru są w centrum zainteresowania CNBOP. Wspólnie z prawdopodobieństwem pożaru tworzą one profil ryzyka danej technologii.
Dla przykładu, instalacje gazowe w budynkach mieszkalnych mogą doprowadzić do wybuchu o gwałtownym przebiegu i ogromnych skutkach, wliczając w to ryzyko zawalenia się części lub całości budynku. Jednak prawdopodobieństwo wystąpienia takiej awarii jest niskie. W Polsce co roku dochodzi „tylko” do ok. 20 katastrof budowlanych powodowanych wybuchem gazu ziemnego, Ginie w nich kilka-kilkanaście osób. Podstawowy sposób mitygacji tego ryzyka po stronie użytkownika to obowiązkowa kratka wentylacyjna, limit przechowywania w domu maksymalnie 2 butli LPG po 11 kg każda i regulacje co do przyłączania kuchenek do instalacji budynku. To za mało, aby całkowicie wyeliminować to ryzyko. Nie idziemy jednak dalej – np. ze wzmacnianymi stropami i ścianami kuchni, niepalnymi szafkami kuchennymi czy stalowymi drzwiami do niej. Ryzyko i liczba ofiar są na akceptowalnym poziomie.
Poszliśmy za to do przodu z normami dla producentów kuchenek gazowych. Polskie przepisy nakazują spełnianie takich norm, a normy na poziomie przepisów UE nakazują wyposażanie kuchenek gazowych w zawroty zapobiegające niekontrolowanemu wypływowi gazu (w efekcie powszechnie stosuje się dziś elektrozawory sterowane termoparą).
Na przeciwległym biegunie mamy bardzo częste pożary – sadzy w kominie. To co drugi pożar budynku mieszkalnego w naszym kraju (kilkanaście tysięcy zdarzeń rocznie). Jednak, chociaż rozwija się on gwałtownie, to jego skutki są bardzo ograniczone – ogień rzadko przenosi się na dach. Czad zwykle nie przenika przez ściany komina. Dlatego to także ryzyko na akceptowalnym poziomie.
Gdzieś pośrodku mamy pożary samochodów. Ryzyko jest umiarkowane i wynosi 0,05% rocznie (mamy 10 tysięcy pożarów aut rocznie). Rozwijają się one jednak gwałtownie (3-4 minuty wystarczą, aby auta spalinowego nie dało się już zgasić zwykłą gaśnicą) i wiążą się z ogromną emisją ciepła oraz zabójczych gazów. Scenariusze takich pożarów pokazują jednak, że często dochodzi do nich poza budynkami i rzadko prowadzą one do wybuchu oparów benzyny wylewającej się ze stopionego baku. Całkowite ryzyko jakie stanowią takie pożary nie skłoniło dotychczas rządu nawet do wprowadzenia obowiązkowego montażu czujek dymu w garażach. Ryzyko uznawane jest za akceptowalne.
Za 20% ofiar pożarów mieszkań odpowiada kanapa
Takich ryzyk mamy wokół siebie tysiące dziennie. Wiele jest nieoczywistych, o potencjalnie tragicznych skutkach. Jednym z takich ryzyk jest pożar kanapy. Według statystyk amerykańskiego NFPA ok. 2% pożarów lokali mieszkalnych zaczyna się właśnie od mebli tapicerowanych (głównie kanapy). Zwykle do wybuchu takiego pożaru przyczynia się żar i popiół z papierosa, przypadkowe podgrzanie farelką, iskra z kominka, świeczka postawiona w pobliżu czy przegrzana ładowarka laptopa/telefonu albo listwa zasilająca.
Prawdopodobieństwo takiego pożaru jest małe, ale jego przebieg i skutki często są tragiczne. Jak raportuje NFPA, niemal 20% ofiar pożarów domów/mieszkań ginie w zdarzeniu rozpoczętym od zapalenia się kanapy. Powodem jest gwałtowny przebieg takiego pożaru, wynikający z poliuretanowej pianki i tapicerki – to tworzywa sztuczne (zwykle wyprodukowane z ropy naftowej).
Kanapa szybko zajmuje się ogniem i szybko podpala inne rzeczy w mieszkaniu (ma dużą powierzchnię spalania). Do tego wydziela ogromne ilości czarnego duszącego dymu, który utrudnia ewakuację ludzi oraz bardzo dużo zabójczych gazów w krótkim czasie – CO (czad) i HCN (cyjanowodór). Ten drugi łatwo przenika przez ubrania (nawet uniformy ochronne strażaków) i zabija nawet w ciągu 2-3 minut. To sprawia, że profil ryzyka pożarowego kanapy będzie naszym odnośnikiem jeszcze za chwilę.
Jeszcze gorzej sytuacja wygląda w Wielka Brytania — statystyki pożarowe dla Anglii pokazują wyraźną dysproporcję między częstością zapłonu a skutkami. Meble tapicerowane (łóżka, materace, kanapy) stanowią pierwszy zapalony element w ok. 12% pożarów domowych, ale odpowiadają już za 29% ofiar śmiertelnych. Co więcej, jako główny materiał napędzający rozwój pożaru występują w 16% zdarzeń, lecz są związane aż z 43% zgonów, co wskazuje, że choć rzadziej inicjują pożar, to znacząco zwiększają jego śmiertelność.
Jak często palą się fotowoltaika i baterie?
Jak – na tle znanych nam dobrze ryzyk – wyglądają te nowe ryzyka: baterii (stacjonarnych i w autach) czy fotowoltaiki? Przypomnijmy, że ryzyko pożaru budynku mieszkalnego w Polsce z dowolnej przyczyny to 0,4% rocznie (w Niemczech 0,3%).
Ryzyko pożaru samochodu spalinowego jest dziesięciokrotnie niższe i wynosi 0,04% (a w Polsce ta liczba i tak jest znacznie wyższa niż w Niemczech czy Norwegii, za co odpowiada np. import starych aut elektrycznych z Zachodu i naprawy przez warsztaty bez doświadczenia).
Dla porównania, wg statystyk KG PSP, ryzyko pożaru samej baterii w elektrycznym aucie osobowym w Polsce jest jeszcze o rząd wielkości niższe i wynosi 0,006% (tylko co siódmy pożar elektryka dotyka baterię).
Jeszcze mniejsze szanse na objęcie pożarem niosą ze sobą domowe baterie LFP. Przyjrzeli się temu ryzyku badacze z politechniki w Akwizgranie. Ich badania są o tyle istotne, że podczas gdy w Polsce mamy dziś „tylko” ok. 130 tys. domowych baterii litowo-jonowych, o tyle w Niemczech w domach i mieszkaniach jest ich już ok. 3 mln (wliczając w to kilkaset tysięcy baterii plug-in, montowanych w znacznej mierze w mieszkaniach w budynkach wielorodzinnych). Ryzyko pożaru domowej baterii wynosi dziś 0,005%.
Dla porównania, jeszcze mniejsze prawdopodobieństwo pożaru towarzyszy instalacjom fotowoltaicznym (0,001% w Niemczech i 0,004% w Polsce, wg analiz WysokieNapiecie.pl opartych na danych KG PSP i ankiecie wśród strażaków).
Lodówki i zamrażarki, wg danych naukowców z Akwizgranu, charakteryzują się porównywalnym prawdopodobieństwem pożaru: 0,001% rocznie.
Wróćmy jeszcze do ryzyka pożaru domu rozpoczętego od kanapy. Bazując na danych KG PSP i amerykańskiej NFPA wynosi ono 0,007%.
Pożar domu raz na 250 lat, baterii raz na…. 5000 lat
Co jak przetłumaczyć te procenty? Jeżeli prawdopodobieństwo pożaru domu/mieszkania w Polsce wynosi 0,4%, oznacza to, że statystyczny dom w Polsce dozna pożaru raz na 250 lat.
Jak często zapali się bateria w mieszkaniu? Prawdopodobieństwo równe 0,005% oznacza, że statystycznie taki pożar dotknie mieszkanie z magazynem raz na… 20000 lat (słownie: raz na dwadzieścia tysięcy lat). A co jeżeli Niemcy się mylą? Pożary fotowoltaiki (a montują ją ci samo instalatorzy, którzy zamontują magazyn), zdarzają się w Polsce 4 razy częściej. Będzie to oznaczać, że bateria przeciętnie zapali się u jej właściciela raz na 5000 lat.
Inaczej mówiąc, w czarnym scenariuszy wynikającym z dostępnych danych z Niemiec, ekstrapolowanych na polskie standardy wykonania i sprzętu (4x gorsze), wynika, że jeżeli będziemy mieć w Polsce 1 mln baterii w domach i mieszkaniach, to będą one przyczyną 200 pożarów rocznie. Przypomnijmy, że łączna liczba pożarów domów w Polsce wynosi ok. 30 tys., a pożarów samochodów spalinowych niemal 10 tys.
Prawdopodobieństwo pożaru baterii jest dziś, mówiąc wprost, skrajnie niskie. Zebranie danych na temat ich częstotliwości przez KG PSP powinno być punktem wyjścia do rozmów o generalnych zakazach ich instalowania lub innych ograniczeniach.
Przejdźmy zatem do kolejnych dwóch składowych profilu ryzyka: scenariuszy rozwoju takiego pożaru oraz jego skutków dla mieszkańców, ratowników i majątku.
Jak szacować ryzyko?
Aby zrozumieć czy powinniśmy mieć bardziej lub mniej liberalne podejście do montażu fotowoltaiki i baterii w domach lub mieszkaniach, powinniśmy przeanalizować ryzyka jakie za sobą niosą, zestawić je z innymi ryzykami, na jakie projektujemy nasze domy (np. pożaru mebli, instalacji elektrycznej, samochodu spalinowego w garażu) i odpowiedzieć na pytanie, czy mamy tu w praktyce odmienny zestaw i poziom ryzyk od tych, z jakimi mamy już do czynienia mając w domach kuchenki gazowe, butle LPG, kilkadziesiąt prostowników, drewno, papier, po kilka małych baterii litowo-jonowych i setki kilogramów wyposażenia z substancji ropopochodnych, od mebli po RTV, a w garażu dodatkowo kilkadziesiąt litrów łatwopalnego i wybuchowego paliwa w otoczce setek kilogramów trujących plastików.
Przejdźmy zatem do tego jak rozwijają się te pożary i jakie niosą skutki. Powinniśmy wziąć pod uwagę tempo i łączną emisję ciepła w pożarze, emisję i szkodliwość gazów emitowanych z urządzenia, poziom zadymienia pod kątem możliwości ewakuacji ludzi, zdolność do zajęcia się ogniem urządzenia i przenoszenia ognia, ryzyka stwarzanie dla ratowników (poziom toksyczności czy palności wytwarzanej atmosfery, możliwość porażenia itp.).
Emisja ciepła w pożarze: bateria vs szafa
Jednym z najważniejszych zagrożeń podczas pożaru jest ilość i tempo emisji ciepła ze spalanej substancji. Od tego zależy jak szybko dojdzie do rozprzestrzeniania się pożarau i jakie szkody wyrządzi on konstrukcji budynku.
Bateria LFP o pojemności 10 kWh (standard dla mieszkania) zawiera w sobie 150 kWh energii chemicznej (paliwa). Tyle ciepła wyemituje bateria, gdy się całkowicie wypali. Czy to dużo? Kanapa o tej samej masie (90 kg) ma w sobie dwa razy więcej paliwa (300 kWh). Regał z książkami albo szafa z ubraniami mają jeszcze więcej paliwa (1000 kWh). Ilość energii uwalnianej z takiego magazynu jest zatem wielokrotnie mniejsza niż z jakiegokolwiek większego mebla w naszym mieszkaniu.
Zatem – jak już pokazaliśmy − ryzyko zapłonu domowej baterii w „polskim” scenariuszu (4x gorszym od niemieckiego) jest nie tylko niższe niż zapłonu kanapy, ale też będzie się wiązać zwykle ze zdecydowanie mniejszą ilością emitowanego ciepła.
Szczytowa moc pożaru: bateria vs meble
Ilość zgromadzonej energii chemicznej to jedno, ale zwykle dużo ważniejsze jest tempo jej oddawania, czyli to jak gwałtowny jest pożar. To nieintuicyjne, ale jeżeli pożar tej samej ilości paliwa będzie trwać tydzień, w przypadku przedmiotu A albo 10 minut w przypadku przedmiotu B, to wielokrotnie bardziej niebezpieczny jest przedmiot B.
Dlaczego? Bo przedmiot A pali się powoli i emituje niewiele ciepła przez bardzo długi czas, podczas gdy przedmiot B pali się gwałtownie (lub wręcz wybucha), emitując gigantyczne ilości ciepła w krótkim czasie, co błyskawicznie może prowadzić do podpalenia innych przedmiotów w domu i utrudnić ewakuację.
Wspomniana już kanapa, szafa z ubraniami czy regał z książkami palą się szybko i emitują w szczycie pożaru ogromną moc cieplną, sięgającą nawet 2-3 MW. W tym czasie domowa bateria pali się dużo mniej intensywnie, oddając w szczycie najwyżej 0,2-0,5 MW ciepła. To daje więcej czasu na reakcję mieszkańców i przyjazd straży pożarnej.
Emisje gazów: bateria vs kanapa
Jednak to nie ogień i temperatura, lecz trujące gazy wydobywające się z palących się przedmiotów, najczęściej są kluczowym zagrożeniem pożarowym dla życia i zdrowia ludzi. W przypadku baterii takie gazy mogą zacząć się wydobywać na minuty przed pojawieniem się ogniwa. Podobnie może dziać się z kanapą, jeżeli zaczyna się tlić.
Odnotowane poziomy emisji gazów w testach pożarowych dotychczasowych zagrożeń, czyli dominującego wyposażenia mieszkań oraz nowego, w postaci baterii, wraz z danymi pomiarowymi z testów CNBOP pokażemy w drugiej części artykułu.
W drugiej części artykułu…
W drugiej części artykułu omówimy też realny poziom ryzyka wynikające z możliwości tworzenia atmosfery palnej wodoru w przypadku domowej baterii LFP. W kontynuacji artykułu podsumujemy poziomy ryzyk stwarzanych przez baterię w relacji do pozostałych istniejących zagrożeń oraz sposoby ograniczania tych ryzyk – od poziomu zabezpieczenia modułów bateryjnych i ich rozdzielenia, przez możliwe rozwiązania budowlane. Podsumujemy też powody dla których rząd wspiera rozwój domowych magazynów energii i dlaczego rozwijają się one na świecie w błyskawicznym tempie. Podsumujemy na czym skupiają się zagraniczne normy ppoż dla domowych baterii i przedstawimy krótki zestaw rekomendacji.
Druga część artykułu ukaże się w najbliższych dniach.
