Bezpieczeństwo magazynów energii od podstaw
CORONA Serwis zapewnia kompleksową ochronę – od identyfikacji zagrożenia, przez opracowanie i implementację zabezpieczeń, aż po regularny serwis. Jakie proponujemy rozwiązania dla skutecznej ochrony systemów BESS?

Systemy magazynowania energii oparte na tysiącach ogniw litowo-jonowych zapewniają wysoką pojemność, jednak generują poważne ryzyko pożaru i eksplozji. Ich kluczową wadą jest podatność na niestabilność termiczną, która w dużych skupiskach wywołuje niebezpieczną, kaskadową reakcję łańcuchową wzrostu temperatury. Wiele rozwiązań skupia się wyłącznie na gaszeniu i minimalizowaniu skutków tych awarii, a nie na ich zapobieganiu. A w przypadku magazynów energii typu BESS, które stają się kluczowym elementem transformacji energetycznej, podejście do bezpieczeństwa musi być kompleksowe i przede wszystkim prewencyjne.

Magazyny energii stabilizują pracę sieci, wspierają OZE i poprawiają elastyczność zasilania. Wraz ze wzrostem skali instalacji rośnie jednak znaczenie bezpieczeństwa, zwłaszcza ryzyka ucieczki termicznej i w konsekwencji również kaskadowego wzrostu temperatury w ogniwach litowo-jonowych.

Zjawisko przegrzania w akumulatorach litowo-jonowych i systemach magazynowania energii (BESS) występuje częściej, niż mogłoby się wydawać. Wystarczy jeden wadliwy akumulator, aby wywołać reakcję łańcuchową w sąsiednich akumulatorach i spowodować wydzielanie się gazów łatwopalnych oraz pożar w zamkniętej przestrzeni. Dlatego warto pochylić się nad skutecznymi i sprawdzonymi rozwiązaniami.

Dlaczego bezpieczeństwo BESS jest tak ważne

W magazynie energii zagrożenie nie kończy się w chwili pojawienia się płomienia. Gdy jedno ogniwo ulega awarii, może dojść do gwałtownego wydzielania ciepła, gazów i wzrostu temperatury sąsiednich elementów. Jeśli proces nie zostanie zatrzymany, zdarzenie może przejść z poziomu pojedynczego ogniwa na moduł, a następnie na kolejne części systemu.

Właśnie dlatego wiele podmiotów wydających zgodę na inwestycje z ostrożnością podchodzi do lokalizowania ESS w pobliżu zabudowy. Bez skutecznej strategii ograniczania ucieczki termicznej inwestor musi liczyć się nie tylko z ryzykiem pożarowym, lecz także z emisją gazów toksycznych, wysokim obciążeniem cieplnym i przestojem operacyjnym w przypadku wystapienia incydentu.

BESS – największe zagrożenia

Ucieczka termiczna” i „kaskadowy wzrost temperatury” to najczęściej wymieniane zagrożenia w kontekście magazynów energii. To powiązane, ale nie dokładnie tożsame zjawiska.

• Ucieczka termiczna to reakcja łańcuchowa, w której uszkodzone lub przegrzane ogniwo zaczyna samo generować coraz więcej ciepła. W pewnym momencie ilość energii cieplnej jest tak duża, że klasyczne metody ograniczania pożaru nie rozwiązują sedna problemu: bateria wciąż pozostaje termicznie niestabilna. Co może powodować utratę stabilności termicznej? Przede wszystkim przegrzanie, uszkodzenia fizyczne modułów, defekty produkcyjne baterii, których nie można wychwycić przy implementacji. Dodatkowo wskazać można zanieczyszczenie lub wyciek elektrolitu, a także w niektórych przypadkach zwarcie elektryczne.

W praktyce oznacza to trzy równoległe zagrożenia: pożar, bardzo wysokie temperatury powierzchniowe oraz wydzielanie toksycznych i palnych gazów. Z perspektywy inwestora i projektanta liczy się więc nie tylko to, czy płomień został chwilowo stłumiony, ale czy udało się zatrzymać propagację zjawiska i bezpiecznie obniżyć temperaturę wewnątrz modułu.

• Kaskadowy wzrost temperatury to zjawisko, które może nastąpić w wyniku utraty stabilności termicznej. Polega na tym, że wzrost temperatury jednego akumulatora może wywołać podobny proces w sąsiednich ogniwach, prowadząc do rozprzestrzeniania się tego efektu na większą skalę. Jest to reakcja łańcuchowa, w której kolejne akumulatory ulegają przegrzaniu z powodu bliskości tych, które już doświadczają utraty stabilności termicznej.

Wykres 1. Pomiar temperatury podczas testu ogniowego bez systemu tłumienia.

W skrócie, utrata stabilności termicznej dotyczy jednego ogniwa, a kaskadowy wzrost temperatury opisuje zjawisko, gdy ta ucieczka termiczna rozprzestrzenia się na inne akumulatory w systemie.

CORONA kompleksowo zabezpiecza systemy magazynowania energii

Kompleksowe podejście do bezpieczeństwa systemów magazynowania energii (BESS) stanowi fundament stabilnej pracy każdej nowoczesnej instalacji. Kluczem do skutecznej ochrony jest rozpoczęcie całego procesu od rzetelnej oceny ryzyka, która pozwala precyzyjnie zidentyfikować potencjalne zagrożenia. Dopiero na tej podstawie dobieramy wielopoziomowe, uzupełniające się zabezpieczenia, których niezawodność gwarantują regularne kontrole techniczne i serwis.

Eksperci CORONA Serwis do tematu bezpieczeństwa systemów BESS podchodzą kompleksowo. Dzięki współpracy z europejskimi producentami zabezpieczeń przeciwwybuchowych możemy dostarczyć rozwiązania, które rewolucjonizują rynek bezpieczeństwa magazynów energii. Mowa tutaj o najnowszym rozwiązaniu – FIKE Blue.

Audyt bezpieczeństwa, Ocena Ryzyka Wybuchu i wyznaczanie stref Ex

Odpowiednie przygotowanie już na etapie projektowym to absolutny punkt wyjścia dla każdej instalacji BESS, wynikający bezpośrednio ze specyfikacji baterii litowo-jonowych. W sytuacji awaryjnej (tzw. ucieczki termicznej) ogniwa te uwalniają potężne ilości palnych i toksycznych gazów, takich jak wodór czy tlenek węgla, które w zamkniętych kontenerach błyskawicznie tworzą atmosferę wybuchową I stwarzają zagrożenie pożarowe. Przeprowadzenie tych analiz na etapie projektowania jest kluczowe, ponieważ to one definiują krytyczne wymagania dla systemów bezpieczeństwa. Bez rzetelnej oceny ryzyka Ex niemożliwe jest bezpieczne zlokalizowanie kontenera, a także określenie dokładnych I skutecznych rozwiązań, które natychmiast zadziałają w przypadku wystąpienia ryzyka.

Fike Blue – nowatorskie rozwiązanie dla maksymalnego bezpieczeństwa

Fike Blue zostało opracowane jako rozwiązanie zarządzające zdarzeniem termicznym na poziomie modułu: ciecz jest kierowana bezpośrednio do zagrożonego modułu, przegrzewające się ogniwa zanurzają się w cieczy która odbiera ciepło, ograniczając ryzyko dalszej propagacji. Dzięki temu system nie tylko tłumi pożar, ale przede wszystkim redukuje temperaturę, ogranicza ponowny zapłon i poprawia warunki dla służb ratowniczych oraz obsługi technicznej.

Jak działa Fike Blue

• Wykrycie anomalii – system reaguje na sygnał o anomalii temperaturowej lub gazowej.
• Selektywne uruchomienie – czynnik kierowany jest do sieci rurowej, ale uwolnienie następuje wyłącznie w module objętym zagrożeniem.
• Zanurzenie ogniw – Fike Blue wypełnia chroniony moduł i otacza przegrzewające się ogniwa.
• Pochłanianie ciepła – dzięki wysokiej temperaturze wrzenia (aż 400 stopni Celsjusza) ciecz odbiera ciepło egzotermiczne bez szybkiego rozpadu i odparowania.
• Spadek temperatury – ograniczenie energii cieplnej zmniejsza ryzyko ponownego zapłonu oraz przeniesienia zjawiska na sąsiednie ogniwa lub moduły.

To podejście odróżnia Fike Blue od strategii opartych wyłącznie na „gaszeniu” lub podejściu „let it burn”, czyli pozwoleniu na całkowite wypalenie się elementu w kontrolowanych warunkach. Skuteczne zabezpieczenie ESS musi rozwiązywać sam problem powstawania anomalii termicznej, a nie wyłącznie skutki w postaci płomienia.

Co pokazują testy

W scenariuszu bez aktywnego opanowania zjawiska prowadzi to do bardzo wysokich temperatur powierzchni modułu, długiego czasu stygnięcia, niebezpiecznego oddziaływania cieplnego na moduły sąsiednie, wysokiej wartości strumienia ciepła oraz intensywną emisję dymu i gazów.

Po zastosowaniu Fike Blue można stwierdzić istotne obniżenie temperatur, ograniczenie liczby uszkodzonych ogniw, wyraźnie mniejsze oddziaływanie na moduł znajdujący się nad modułem testowym. W jednym z przywołanych badań pełne zdarzenie na stanowisku testowym zakończyło się po około pięciu minutach, a eksperci obserwujący próby ocenili wynik jako wyjątkowy na tle pozostałych znanych metod.

Wykres 2. Strumień ciepła nad modułem – porównanie scenariusza swobodnego spalania i konfiguracji z Fike Blue.

Fike Blue a inne strategie ochrony

Podejście	Mocna strona	Ograniczenie	Wniosek dla BESS
Woda / sprinklery	Powszechna dostępność	Duże zużycie medium, możliwe zanieczyszczenia i ryzyka wtórne	Dobre do ognia, słabsze do kontroli zjawiska termicznego
Środki chemiczne / gazy	Mogą szybko tłumić płomień	Ograniczona zdolność odbioru ciepła, możliwość wyparcia z chronionej przestrzeni	Nie rozwiązują w pełni problemu thermal runaway
Let it burn	Niska złożoność strategii	Wysoka emisja gazów toksycznych, duże obciążenie cieplne, ryzyko propagacji	Strategia trudna do obrony w gęstej zabudowie
Fike Blue	Celowane działanie w module, odbiór ciepła, ograniczenie propagacji	Wymaga właściwego projektu i integracji z systemem	Najbardziej kompleksowe podejście do zagrożenia pożarowo-termicznego

Dlaczego Fike Blue może być najlepszym wyborem

Na tle dostępnych rozwiązań Fike Blue wyróżnia się tym, że celuje w istotę zagrożenia: zarządzanie energią cieplną i zatrzymaniem kaskadowego wzrostu temperatury. Fike Blue akcentuje połączenie kilku korzyści jednocześnie: ograniczenie propagacji, niższe temperatury, redukcję oddziaływania cieplnego na sąsiednie moduły, niższe zużycie medium oraz mniejszy wpływ środowiskowy niż w rozwiązaniach opartych na dużych ilościach wody.

Dla inwestora oznacza to realnie większą kontrolę nad ryzykiem technicznym, środowiskowym i operacyjnym. Dla ubezpieczyciela i służb bezpieczeństwa oznacza to lepszą przewidywalność zachowania instalacji podczas incydentu. Dla projektanta to argument za wdrażaniem ESS bliżej infrastruktury krytycznej, przemysłowej i komercyjnej, tam gdzie bezpieczeństwo jest warunkiem koniecznym dopuszczenia inwestycji.

Elementy uzupełniające – detekcja oraz płyty bezpieczeństwa

Oczywiście pełny gwarant bezpieczeństwa daje kompleksowe podejście do ochrony instalacji. Fike Blue jako główne zabezpieczenie magazynów energii nie musi być stosowany samodzielnie. Idealnym uzupełnieniem są odpowiednie detektory oraz płyty bezpieczeństwa.

Płyta bezpieczeństwa EXV ESS

Płyta bezpieczeństwa od Fike – EXV ESS – została zaprojektowana specjalnie do stosowania w ochronie systemów magazynowania energii. Wybrzuszona, szczelna konstrukcja gwarantuje długą żywotność w warunkach atmosferycznych panujących na zewnątrz. Łatwość obsługi zapewnia lekka, jednoczęściowa konstrukcja ze zintegrowaną ramą górną i uszczelką procesową. Gwarantuje niezawodne działanie zgodnie z najwyższymi standardami inżynieryjnymi i produkcyjnymi firmy Fike.

Systemy detekcji termowizyjnej

Jednym z kluczowych elementów wczesnego wykrywania zagrożenia są kamery termowizyjne do ciągłego monitorowania. Te inteligentne systemy nieprzerwanie monitorują otoczenie, wykrywając wycieki gazu, pożary, obecność ludzi oraz inne potencjalne zagrożenia, zapewniając maksymalne bezpieczeństwo. Jednym z możliwych zastosowań jest wykorzystanie przy magazynach energii, gdzie wczesne wykrycie zagrożenia jest bardzo ważne.