Wird geladen...
Wird geladen...
Jak projektanci i operatorzy magazynów energii (BESS) ograniczają rozprzestrzenianie się ciepła między ogniwem, modułem, szafą rack i kontenerem — przepisy, dobór materiałów, montaż, badania i utrzymanie z perspektywy budownictwa ogniotrwałego.
Niekontrolowany wzrost temperatury (thermal runaway) rozpoczyna się w pojedynczym ogniwie: wskutek zwarcia wewnętrznego, uszkodzenia mechanicznego, przeładowania lub wady produkcyjnej temperatura ogniwa rośnie tak bardzo, że rozkład elektrolitu zaczyna sam się przyspieszać. W ciągu sekund powstaje kilkaset stopni Celsjusza, palne gazy (wodór, tlenek węgla, węglowodory) oraz strumień gorących cząstek. Samego ogniwa nie da się już w tym stanie ugasić — reakcja przebiega, dopóki zgromadzona energia nie zostanie wyczerpana.
Niebezpieczne dla instalacji nie jest jedno ogniwo, lecz propagacja: ciepło pierwszego ogniwa nagrzewa ogniwa sąsiednie, aż i tam zostanie przekroczony próg. Bez bariery termicznej łańcuch przechodzi przez moduł, szafę rack i wreszcie kontener. Każdy stopień, który opóźnia przeniesienie o minuty, daje systemowi zarządzania baterią czas na wyłączenie, odprowadzeniu gazów czas na wentylację, a straży pożarnej czas na dojazd.
Podstawowe zadanie materiałów ogniotrwałych
Nie gasić, lecz oddzielać: bariera termiczna między poziomami utrzymuje temperaturę po stronie odwróconej poniżej progu zapłonu sąsiednich ogniw na tyle długo, że rozprzestrzenianie zatrzymuje się lub staje się kontrolowalnie powolne. Miarą jest czas do przejścia temperatury — a nie sama temperatura klasyfikacyjna materiału.
Dla stacjonarnych magazynów energii nie ma w Niemczech jednej, wyczerpującej ustawy — wymagania składają się z norm produktowych, metod badawczych, wytycznych ubezpieczycieli i prawa budowlanego. Dla doboru materiałów w kontenerze decydujące są przede wszystkim metody badawcze, którymi wykazuje się odporność na propagację.
UL 9540A to rozpowszechniona międzynarodowo metoda badawcza, która bada rozprzestrzenianie się thermal runaway stopniowo na poziomie ogniwa, modułu, jednostki i instalacji. Wiele przetargów i ubezpieczycieli wymaga dziś raportu UL 9540A; udokumentowane w nim temperatury i czasy są wielkościami wejściowymi do projektowania bariery termicznej. NFPA 855 jako standard instalacyjny reguluje odległości, strefy pożarowe oraz koncepcje gaszenia i wentylacji. W Europie IEC 62933-5-2 opisuje wymagania bezpieczeństwa dla elektrochemicznych systemów magazynowania energii w sieci. Wytyczna VdS 3103 podsumowuje oczekiwania niemieckich ubezpieczycieli majątkowych wobec magazynów litowo-jonowych.
Dla samych materiałów ogniotrwałych obowiązują klasyfikacje według DIN EN 13501-1 (reakcja na ogień, klasa A1 dla wyrobów niepalnych) oraz badania odporności ogniowej według DIN EN 1363 i DIN EN 1364. W przypadku materiałów włóknistych dochodzi ochrona pracy: wełna glinokrzemianowa (ASW) podlega niemieckiemu przepisowi technicznemu TRGS 558, biorozpuszczalna wełna AES nie — punkt, który w magazynach energii niemal zawsze przesądza o wyborze.
Wskazówka praktyczna
Zanim zaczniecie rozmawiać o materiałach, poproście dostawcę systemu o raport UL 9540A na poziomie modułu i jednostki. Zmierzone tam temperatury powierzchni i czas trwania zdarzenia określają, jakiej skuteczności bariery potrzebujecie — wszystko inne jest projektowaniem na ślepo.
Skuteczna bariera termiczna odwzorowuje budowę magazynu od wewnątrz na zewnątrz. Każdy poziom ma własne zadanie, własne obciążenie temperaturowe, a tym samym własny odpowiedni materiał. Kto na wszystkich poziomach montuje ten sam materiał, albo płaci za dużo, albo chroni za słabo w miejscu krytycznym.
Do tego dochodzą przepusty: kable, przewody chłodzenia, szyny prądowe i otwory wentylacyjne przechodzą przez każdy poziom. Ściana działowa jest tylko tak dobra, jak jej najsłabszy przepust — tu sznury włókniste, uszczelki papierowe i opaski ogniochronne stają się częścią koncepcji, a nie akcesoriami.
W piecu przemysłowym o materiale decyduje temperatura. W magazynie energii dochodzą trzy wymagania, które silniej kształtują wybór: przestrzeń zabudowy, ochrona pracy i lista materiałowa klienta.
Biorozpuszczalna wełna AES (SOLUT BW Blanket, BW Board, BW Paper) jest zgodnie z uwagą Q rozporządzenia CLP zwolniona z klasyfikacji jako rakotwórcza i nie podlega niemieckiemu przepisowi technicznemu TRGS 558. Dla producentów magazynów oznacza to: brak kategorii narażenia przy montażu, brak obowiązku oznakowania w produkcie, brak zgłoszenia SVHC zgodnie z REACH art. 33. Przy temperaturze klasyfikacyjnej 1200 °C pokrywa temperatury występujące podczas thermal runaway na ścianie i suficie. Jej praktyczna granica pracy ciągłej poniżej około 900 °C nie ma tu znaczenia — przypadkiem obciążenia jest zdarzenie trwające minuty, a nie praca ciągła.
Płyty mikroporowate (SOLUT MP Board) oferują najniższą przewodność cieplną ze wszystkich materiałów izolacyjnych — około 0,02 do 0,03 W/mK przy 200 do 400 °C — a tym samym największą skuteczność bariery na milimetr. To materiał z wyboru między modułami, gdzie każdy milimetr przestrzeni zabudowy kosztuje gęstość energii. Są bezwłóknowe, niepalne (A1) i dostępne z okładziną z folii aluminiowej, tkaniny szklanej lub folii PE, aby nie pyliły podczas manipulacji.
Płyty z krzemianu wapnia (SOLUT CAL Board) trafiają tam, gdzie bariera musi przenosić obciążenia: pod szafy rack, jako ściana działowa z mocowaniami, jako podkład pod komponenty. Wytrzymałość na ściskanie od 13 do 27 N/mm² przy temperaturze klasyfikacyjnej 1000 °C, bezwłóknowe i obrabialne narzędziami do drewna.
Dlaczego nie ASW?
Wełna glinokrzemianowa wytrzymuje wprawdzie 1260 do 1430 °C, jest jednak sklasyfikowana jako substancja rakotwórcza kategorii 1B. W produkcie, który producenci dostarczają do wielu krajów i który otwierają technicy serwisowi, pociąga to za sobą obowiązki oznakowania, informowania i ochrony pracy, których prawie żaden producent magazynów nie chce ponosić. Rezerwa temperaturowa ASW nie jest w magazynie energii potrzebna — alternatywa biorozpuszczalna wystarcza dla tego przypadku obciążenia.
Poniższe zestawienie porównuje cztery najważniejsze materiały barierowe — z parametrami, które w magazynie energii naprawdę decydują: przewodnością cieplną w razie zdarzenia, zapotrzebowaniem na przestrzeń zabudowy, wytrzymałością mechaniczną i statusem regulacyjnym.
| Materiał | Miejsce zastosowania | Mocna strona | Ograniczenie | Status regulacyjny |
|---|---|---|---|---|
| Mata / płyta z włókien AES (SOLUT BW) | wykładzina wewnętrzna kontenera, okładzina ścian | temperatura klasyfikacyjna 1200 °C, elastyczna, bez obowiązku oznakowania | potrzebuje przestrzeni zabudowy (25–50 mm), nie przenosi obciążeń | nie podlega TRGS 558, uwaga Q |
| Papier z włókien ceramicznych (SOLUT BW Paper) | przekładki między ogniwami 1–3 mm | cienki, elastyczny, łatwy do cięcia | niska wytrzymałość mechaniczna | nie podlega TRGS 558 |
| Płyta mikroporowata (SOLUT MP Board) | moduł–moduł, najciaśniejsza przestrzeń zabudowy | najwyższa skuteczność izolacyjna na mm (λ ≈ 0,02–0,03 W/mK) | wrażliwa na nacisk, wymaga okładziny | bezwłóknowa, klasa reakcji na ogień A1 |
| Płyta z krzemianu wapnia (SOLUT CAL Board) | nośne ściany działowe, podkłady | wytrzymałość na ściskanie 13–27 N/mm², możliwość skręcania | cięższa i grubsza niż mikroporowata | bezwłóknowa, klasa reakcji na ogień A1 |
Praktyczna reguła
Tam, gdzie przestrzeń zabudowy jest wielkością najbardziej deficytową: płyta mikroporowata. Tam, gdzie bariera przenosi obciążenia lub jest skręcana: krzemian wapnia. Tam, gdzie okładane są powierzchnie: włókno biorozpuszczalne. Tam, gdzie musi być cienko: papier włóknisty. ASW tylko wtedy, gdy izoluje się trwale powyżej 900 °C — w magazynie energii praktycznie nigdy.
Najlepszy dobór materiałów nic nie da, jeśli bariera ma luki. Z naszych montaży znamy cztery powtarzające się słabe punkty: otwarte spoiny stykowe między płytami, nieuszczelnione przepusty, mocowania stalowe prowadzące przez izolację jako mostki cieplne oraz warstwy izolacyjne zgniatane podczas montażu, które przez to tracą grubość i skuteczność izolacyjną.
Wykazanie odbywa się dwustopniowo: parametry materiałowe pochodzą z kart danych technicznych i klasyfikacji ogniowych, skuteczność bariery systemu — z badania propagacji na poziomie modułu lub jednostki, najlepiej według UL 9540A, ponieważ wyniki są wtedy użyteczne również dla ubezpieczycieli i organów wydających pozwolenia. Dostarczamy dane materiałowe i towarzyszymy przy wykonaniu próbek badawczych, aby badany system odpowiadał temu, co zostanie później zamontowane.
Większość opóźnień w projektach magazynów energii nie powstaje przy montażu, lecz wcześniej — ponieważ brakuje podstaw, gdy trzeba porównać oferty. Te dwanaście punktów należy wyjaśnić, zanim wyjdzie pierwsze zapytanie:
Nasza oferta dla projektantów
Prześlijcie nam dane UL 9540A i budżet przestrzeni zabudowy — zaproponujemy układ warstw dla każdego poziomu, dostarczymy parametry materiałowe do wykazania bezpieczeństwa, a na życzenie wykonamy próbki badawcze i seryjne zestawy montażowe.
Bariera termiczna w normalnej eksploatacji nie pracuje — czeka. Właśnie dlatego łatwo ulega uszkodzeniu podczas konserwacji i przebudowy: płyty są demontowane dla uzyskania dostępu i niekompletnie montowane ponownie, uszczelnienia przepustów giną przy wymianie kabli, warstwy izolacyjne są zgniatane przez doposażone komponenty. Do dokumentacji utrzymania należy dlatego plan przegród, który nazywa każdą barierę, każdy przepust i każde uszczelnienie.
Z jednej ręki
Dostarczamy materiały z kartami danych technicznych w siedmiu językach, docinamy płyty i maty według rysunku, montujemy z udziałem naszych monterów, a przy przebudowie lub wyłączeniu z eksploatacji przejmujemy demontaż wraz z dokumentacją utylizacji. Dla producentów wytwarzających magazyny seryjnie przygotowujemy prefabrykowane zestawy przegród.
| Norma | Opis | Znaczenie |
|---|---|---|
| UL 9540A | Metoda badawcza do oceny rozprzestrzeniania się thermal runaway na poziomie ogniwa, modułu, jednostki i instalacji | Dostarcza temperatury i czasy do projektowania barier; coraz częściej wymagana przez ubezpieczycieli i w przetargach |
| NFPA 855 | Standard instalacyjny dla stacjonarnych magazynów energii — odległości, strefy pożarowe, koncepcje gaszenia i wentylacji | Ramy dla rozmieszczenia ścian działowych i odległości między jednostkami |
| IEC 62933-5-2 | Wymagania bezpieczeństwa dla elektrochemicznych systemów magazynowania energii przyłączonych do sieci | Europejska podstawa wykazania bezpieczeństwa całego systemu |
| VdS 3103 | Wytyczna niemieckich ubezpieczycieli majątkowych dla baterii i magazynów litowo-jonowych | Oczekiwania ubezpieczycieli wobec ustawienia, przegród i ochrony przeciwpożarowej |
| DIN EN 13501-1 | Klasyfikacja reakcji na ogień wyrobów budowlanych (klasa A1: niepalne) | Wykazanie niepalności zastosowanych materiałów izolacyjnych i działowych |
| DIN EN 1363-1 / EN 1364 | Badania odporności ogniowej — wymagania ogólne oraz elementy nienośne | Wykazanie odporności ogniowej ścian działowych i okładzin |
| TRGS 558 | Niemiecki przepis techniczny TRGS 558: prace z wełną wysokotemperaturową — kategorie narażenia i środki ochrony | Dotyczy ASW, nie dotyczy biorozpuszczalnej wełny AES; decydujący dla doboru materiałów |
| CLP-Verordnung, Anmerkung Q | Zwolnienie biorozpuszczalnych wełen mineralnych z klasyfikacji jako rakotwórcze | Podstawa dla materiałów włóknistych bez obowiązku oznakowania w magazynie energii |
Anton Brem
Dyrektor zarządzający
Budownictwo ogniotrwałe, izolacja wysokotemperaturowa i ochrona przeciwpożarowa w instalacjach przemysłowych
Wszystko, co najważniejsze na temat: Bariera termiczna w magazynie energii: materiały ogniotrwałe przeciw niekontrolowanemu wzrostowi temperatury (thermal runaway)
Nie znaleźli Państwo swojego pytania?
Zapytanie o indywidualne doradztwoKompletne nowe wyłożenie, naprawa czy awaria — bezpłatne doradztwo wstępne i szybka odpowiedź.