Những giải pháp bảo đảm an toàn PCCC cho các cơ sở năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo là dạng năng lượng được tạo ra từ các quá trình tự nhiên và liên tục được bổ sung bao gồm ánh sáng mặt trời, địa nhiệt, gió, thuỷ triều, nước và các dạng sinh khối khác nhau. Các nguồn năng lượng này không bị cạn kiệt là liên tục được tái sinh, trong đó, năng lượng điện mặt trời và năng lượng điện gió là những loại phổ biến và có sự phát triển nhanh nhất. Năng lượng điện gió được tạo ra bởi các tuabin gió với những cánh quạt khổng lồ gắn trên đỉnh tháp, còn năng lượng điện mặt trời được sinh ra từ việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời (quang năng) thành điện năng bằng cách sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời kết nối với nhau.

Theo thống kê của Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam, trong năm 2019, tất cả các nhà máy điện năng lượng tái tạo ở Việt Nam đã tạo ra gần 5 tỷ kWh điện, chiếm 4,5% tổng sản lượng điện cả nước. Nguồn điện xanh này được tạo ra từ năng lượng gió và mặt trời cung cấp cho lưới điện quốc gia đã góp phần giảm hơn 900.000 tấn khí thải CO2. Tính đến đầu năm 2020, hiện ở Việt Nam có 600 MW điện gió và 4500MW điện mặt trời đang hoạt động; hơn 6000 MW dự án đang được triển khai xây dựng; hơn 5000 MW đang ở trong quá trình phê duyệt thẩm định cơ sở. Dự kiến công suất điện năng lượng tái tạo đến năm 2025 ước tính đạt khoảng 15.000 MW, năm 2030 khoảng 30.000 MW. Tỷ trọng điện năng lượng tái tạo sản xuất tăng từ 10% năm 2025 sẽ tăng lên 15% - 20% vào năm 2030.

Sự phát triển nhanh chóng về số lượng các dự án năng lượng tái tạo đòi hỏi các Cơ quan quản lý nhà nước cần nhanh chóng hoàn thiện hệ thống hành lang pháp lý liên quan, đặc biệt là các quy chuẩn, tiêu chuẩn về bảo đảm an toàn đối với lĩnh vực này, trong đó việc bảo đảm an toàn về PCCC có vị trí đặc biệt quan trọng.

1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cơ sở năng lượng tái tạo

Cơ sở năng lượng tái tạo bao gồm hệ thống các thiết bị chuyển đổi gió và ánh nắng mặt trời tạo ra điện năng cùng với các hạng mục, công trình phục vụ cho nhà máy hoạt động như trạm biến áp, nhà điều hành, nhà giám sát điều khiển …

a) Cơ sở điện mặt trời

Hệ thống pin năng lượng mặt trời chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành dòng điện 1 chiều và sau đó được biến đổi thành dòng điện xoay chiều thông qua bộ biến tần (inverter) hòa lưới. Thành phần chính của hệ thống này bao gồm các tấm pin năng lượng mặt trời, bộ biến tần, giá đỡ, hệ thống giám sát hiệu suất. Trong các bộ phận trên, các tấm pin năng lượng mặt trời có khả năng xảy cháy cao nhất. Tấm pin mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện (viên pin quang điện) có thành phần chính là sillic tinh khiết, được liên kết bởi các tấm kính, keo polymer EVA, tấm ốp lưng TPT, khung nhôm chịu nhiệt và hộp đấu nối mạch điện.

b) Cơ sở điện gió

Các tuabin điện gió hiện nay được chia thành 02 loại là trục đứng và trục ngang, trong đó tuabin điện gió trục ngang loại 3 cánh quạt là loại phổ biến nhất hiện nay. Cấu tạo của tuabin điện gió gồm các bộ phận khác nhau như: Cánh quạt, máy phát, bánh răng, hộp số, bộ hãm, bộ điều khiển, hệ thống dây dẫn điện, trụ đỡ ... Các bộ phận phát điện được đặt trong khoang và đặt trên đỉnh trụ. Năng lượng của gió sẽ làm các cánh quạt quay quanh rotor được nối với trục chính, làm trục chính truyền động quay trục quay máy phát để tạo ra điện.

2. Tính chất nguy hiểm và nguyên nhân cháy, nổ của cơ sở năng lượng tái tạo

a) Cơ sở điện mặt trời

Nguyên nhân gây ra cháy các tấm pin năng lượng mặt trời có thể do sự phóng điện hồ quang xảy ra trong quá trình chuyển đổi năng lượng quang điện, chẳng hạn như các điểm nóng (hot spots), vết nứt và sự lão hóa sẽ làm giảm việc phát điện và làm hỏng các viên pin, dẫn đến quá nhiệt và xảy cháy. Điểm nóng là một khu vực nhiệt độ cao cục bộ trên tấm pin. Việc xuất hiện các điểm nóng có thể do chất lượng tế bào quang điện, việc lắp đặt không đúng cách, không bảo trì, bị che bóng hoặc do lá cây, phân chim, v.v… Ngoài ra, nguyên nhân xảy cháy có thể do sự tiếp xúc của các bộ phận trong mạng điện (như ngưng tụ nước dưới các tấm pin), các bộ phận thiết bị không đảm bảo chất lượng, sét đánh vào khu vực đặt thiết bị khiến điện áp của hệ thống tăng đột ngột vượt ngưỡng cho phép gây xung đột dòng điện.

b) Cơ sở điện gió

Tuabin điện gió gồm nhiều bộ phận khác nhau như: Cánh quạt, tuabin máy phát, bánh răng, hộp số, bộ hãm, bộ điều khiển, hệ thống dây dẫn, trụ đỡ ... Các bộ phận phát điện được đặt trong tuabin và đặt trên đỉnh trụ. Đây là nơi có nguy cơ xảy ra cháy cao nhất trong hệ thống tuabin điện gió do bên trong tuabin chứa các thiết bị dễ sinh nhiệt, dễ bắt lửa và xảy cháy (như dầu thủy lực, dầu biến áp, nhựa, cao su, hệ thống dây điện). Nếu có nguồn nhiệt xuất hiện, ngọn lửa có thể bùng phát, cùng với điều kiện ở trên cao, thoáng gió sẽ khiến đám cháy nhanh chóng lan rộng bao trùm toàn bộ tuabin. Ngoài ra, khu vực chân tháp (nơi đấu nối các dây dẫn, đặt các thiết bị giám sát điện, điều khiển toàn bộ tháp tuabin điện gió) cũng là vị trí dễ xảy ra cháy.

Nguyên nhân gây ra cháy tuabin điện gió là có thể do yếu tố khách quan như sét đánh, gió, bão. Tuy nhiên, qua thực tế nhiều vụ cháy đã xảy ra có nguyên nhân do sự cố về điện, về cơ hoặc yếu tố chủ quan của con người như: Các liên kết bị phá vỡ do rung động mạnh; chập điện (ngắn mạch); sự phóng điện trong máy biến áp; thiết bị điện bị quá tải; sự cố của hệ thống điều khiển; xảy ra hiện tượng quá nhiệt (lỗi bảo trì bôi trơn không đủ giữa các bề mặt ổ trục); lỗi hệ thống phanh; ... Niên hạn sử dụng của tuabin gió, vị trí địa lý nơi đặt tuabin điện gió là các yếu tố quan trọng dẫn đến các nguy cơ, khả năng xảy ra sự cố cháy và mức độ phát triển của đám cháy. Ở những nơi có khí hậu nóng và khô, dây cáp, máy biến áp, các thành phần vỏ khoang và tủ điều khiển dễ bị hư hỏng, tiềm ẩn nhiều nguy cơ phát sinh sự cố.

3. Đặc điểm của đám cháy cơ sở năng lượng tái tạo

a) Đối với đám cháy cơ sở điện mặt trời

Do tích trữ sẵn nguồn năng lượng nhiệt nên khi các tấm pin năng lượng mặt trời xảy cháy, đám cháy nhanh chóng phát triển, sinh ra nhiều khói và khí độc hại gây nguy hiểm cho con người và môi trường, điển hình như các chất: Cadmium telluride, Arsenide gali (là các chất độc, có thể gây ung thư nếu hít phải); phosphorus (có độc tính cao, nồng độ vượt quá 5 mg/m3 có thể tử vong); Boron; ...

Các tấm pin thường được lắp đặt kiên cố trên mái nhà, khi cháy xảy ra có thể chặn các lối và hướng tiếp cận lên mái để dập tắt đám cháy. Quá trình cháy kéo dài có thể phát sinh các hiện tượng thứ cấp như nổ thiết bị (hộp đấu nối mạch điện dưới các tấm pin khi bị tác động bởi nhiệt độ cao) khiến công tác chữa cháy gặp nhiều rủi ro và nguy hiểm. Mặt khác, do hệ thống được lắp đặt trên mái nên sẽ gia tăng trọng lượng, quá trình cháy kéo dài, dưới tác động của nguồn nhiệt sẽ làm mất tính toàn vẹn và khả năng chịu lực của kết cấu, dẫn đến sập mái nhà. Các mảnh vỡ từ các tấm pin bị cháy có thể văng xa, gây sát thương, nguy hiểm cho con người hoặc tạo ra các đám cháy mới xung quanh.

b) Đối với đám cháy cơ sở điện gió

Với đặc điểm hoạt động, các tuabin điện gió phải được xây dựng tại các khu vực địa lý có gió mạnh và ổn định, điều kiện địa lý phức tạp như bờ biển (thậm chí ngoài là ngoài biển), bãi cát hoặc trên các triền núi cao, giao thông hạn chế. Hệ thống tháp tuabin điện gió thường cao trên 60 m, do đó nếu xảy ra cháy sẽ có nhiều yếu tố thuận lợi khiến đám cháy phát triển. Trường hợp các thiết bị ngăn cháy và chữa cháy tự động không hoạt động sẽ khiến ngọn lửa lan rộng bao trùm toàn bộ tuabin.

Đặc trưng nguy hiểm nhất khi cháy tuabin điện gió là các cánh quạt vẫn tiếp tục quay, điều này khiến đám cháy nhanh chóng phát triển thành đám cháy lớn. Khi ngọn lửa cháy lan đến các cánh quạt hoặc các bộ phận xảy cháy bị phá hủy và bung ra có thể làm các mảng thiết bị đang cháy văng ra xa, gây ra các đám cháy mới xung quanh (có thể cách vài trăm mét) như các đám cháy rừng, đồng ruộng và các công trình, thiết bị trong khu vực. Nguy hiểm hơn khi đe dọa sự an toàn của lực lượng chữa cháy đang thực hiện nhiệm vụ dưới mặt đất.

4. Một số giải pháp bảo đảm an toàn PCCC đối với cơ sở năng lượng tái tạo

a) Đối với giải pháp phòng cháy

- Khi thiết kế, xây dựng nhà máy năng lượng tái tạo phải tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật của ngành đảm bảo khoảng cách và có giải pháp xây dựng như hệ thống nối đất, hệ thống chống sét cho nhà máy cũng như các tuabin điện gió, cơ sở pin mặt trời nhằm hạn chế tối đa việc bị sét đánh gây cháy, nổ. Đối với các hệ thống điện mặt trời mái nhà lắp đặt tại các công trình dân dụng (không thuộc diện phải thẩm duyệt thiết kế về PCCC) cần nghiêm túc thực hiện các giải pháp an toàn PCCC theo hướng dẫn của cơ quan Cảnh sát PCCC trước khi lắp đặt, xây dựng.

- Quá trình vận hành, sử dụng phải tuân thủ nghiêm các hướng dẫn và quy tắc vận hành kết cấu, thiết bị, hệ thống công nghệ và kỹ thuật đối với hệ thống thiết bị; thường xuyên theo dõi và bảo trì thiết bị trong quá trình hoạt động, nếu có sự cố phải sửa chữa và khắc phục kịp thời.

- Bố trí nhân viên có trình độ đã được đào tạo phù hợp trong lĩnh vực hoạt động; tổ chức các buổi tập huấn, huấn luyện cho nhân viên trong cơ sở để chủ động ứng phó và xử lý sự cố trong các tình huống khẩn cấp.

- Các thiết bị công nghệ sử dụng phải đảm bảo chất lượng về độ bền cơ học, độ chịu lửa, chịu nhiệt, độ kín theo đúng chỉ tiêu kỹ thuật quy định. Máy móc, thiết bị làm việc phải là loại an toàn phòng chống cháy, nổ; trong quá trình hoạt động phải có các biện pháp đảm bảo nhằm hạn chế tối đa không phát sinh nguồn nhiệt, phát sinh tia lửa do ma sát hay va đập. Bề mặt nóng của thiết bị và ống dẫn phải được cách ly bằng vật liệu cách nhiệt.

- Thiết kế và trang bị hệ thống chữa cháy tự động tại các khu vực phù hợp như tại các trạm biến áp, nhà điều hành, giám sát điều khiển, trạm biến tần (inveter), tuabin gió và các hạng mục công trình có liên quan, đảm bảo kịp thời chữa cháy ngay thời điểm phát sinh xảy ra sự cố.

- Bảo đảm hành lang an toàn lưới điện, hành lang an toàn đối với các cơ sở này; tránh những yếu tố tác động từ bên ngoài đến cơ sở, đồng thời hạn chế tác động nếu xảy ra sự cố tại các cơ sở này đối với các khu vực lân cận.

b) Phương pháp, biện pháp chữa cháy khi xảy ra sự cố cháy, nổ

* Đối với đám cháy cơ sở điện mặt trời

Khác với các đám cháy thông thường, khi tổ chức chữa cháy đám cháy pin năng lượng mặt trời không thể ngắt và khử hoàn toàn được điện áp trên thiết bị do các tấm pin năng lượng mặt trời vẫn có thể tạo ra điện khi có ánh sáng (do chúng vẫn tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc từ chính ngọn lửa) và ngay cả khi chúng bị phá hủy, hư hỏng nghiêm trọng hoặc bị ngập nước. Yếu tố này có thể gây nguy hiểm khi tổ chức chữa cháy (nguy cơ bị điện giật). Ngoài ra nguy cơ có thể bị điện giật nếu dây cáp bị đứt hoặc bị phá hủy do đám cháy trong khi hệ thống chưa được ngắt hoạt động. Do vậy, lưu ý quan trọng khi tổ chức cứu chữa đám cháy phải nhanh chóng thông báo cho đơn vị điện lực hoặc nhà cung cấp dịch vụ pin năng lượng mặt trời để cắt điện và hết sức chú ý việc dùng nước để chữa cháy.

Lực lượng chữa cháy cần yêu cầu nhân viên kỹ thuật điện xác định còn điện áp tồn tại trên các tấm pin và hoặc giữa các bộ biến tần hòa lưới hay không? Trường hợp có điện, phải xác định được điện áp và cường độ dòng điện là bao nhiêu? Ở các nước phát triển (như Mỹ, Đức, Nhật Bản, Pháp, Úc), yêu cầu bắt buộc khi các ngôi nhà lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời là phải có sơ đồ chỉ dẫn vị trí thiết bị ngắt khẩn cấp cho lính chữa cháy.

Để dập tắt đám cháy pin năng lượng mặt trời, chúng ta sử dụng các biện pháp chữa cháy cơ bản sau:

- Trường hợp đám cháy mới phát triển, ít phức tạp, quy mô nhỏ: Sử dụng bột chữa cháy hoặc khí CO2 để dập tắt đám cháy.

- Trường hợp đám cháy đã phát triển lan rộng: Cần tổ chức kết hợp biện pháp làm mát bảo vệ và ngăn chặn cháy lan sang các công trình, thiết bị lân cận bằng cách phun nước chế độ phân tán. Để dập tắt đám cháy hiệu quả cần triển khai các đội hình chữa cháy sử dụng các chất chữa cháy chuyên dụng có thể dập tắt đám cháy thiết bị điện như F500EA với tỷ lệ pha 3%, bọt chữa cháy công nghệ CAFS ở chế độ phun bọt khô (tỷ lệ dung dịch giữa chất tạo bọt và không khí từ 1/19-1/20), bọt công nghệ 1-7. Ngoài ra hiện nay trên thị trường có một số chất chữa cháy chuyên dùng (như dung dịch PVStop) có thể sử dụng để dập tắt đám cháy đám cháy pin mặt trời hiệu quả và an toàn.

* Đối với đám cháy cơ sở điện gió

Khi lực lượng chữa cháy khi có mặt cần nhanh chóng yêu cầu nhân viên kỹ thuật điện của cơ sở thực hiện theo đúng quy trình kỹ thuật của cơ sở để ngắt tuabin điện gió đang cháy khỏi hệ thống chung; đồng thời triển khai biện pháp kiểm tra xác định có khả năng sinh ra điện trên thiết bị hay không (do cánh quạt vẫn tiếp tục quay khiến mô tơ vẫn hoạt động, có khả năng sinh ra dòng điện).

Tùy vào đặc điểm địa hình thực tế vị trí của các tuabin điện gió mà áp dụng các biện pháp chữa cháy phù hợp, cụ thể:

- Trường hợp đám cháy xảy ra trên tuabin phát điện hoặc thân tháp: Nếu có thể tiếp cận trực tiếp từ mặt đất (đảm bảo chiều cao phun chất chữa cháy) thì sử dụng các phương tiện cơ giới như xe thang, xe cẩu … để đưa lăng chữa cháy tiếp cận dập tắt đám cháy. Trường hợp không thể tiếp cận thì giải pháp chữa cháy có thể áp dụng trong trường hợp này là sử dụng máy bay chữa cháy để phun chất chữa cháy từ trên không; đồng thời, chủ động triển khai các biện pháp ngăn chặn cháy lan và các phương án sẵn sàng dập tắt đám cháy do các mảnh vỡ văng xuống gây cháy ra các đám cháy như cháy rừng, đồng ruộng, công trình, thiết bị trên mặt đất.

- Trường hợp cháy xảy ra tại chân tháp tuabin điện gió: Sử dụng bột chữa cháy hoặc khí CO2 để dập tắt đám cháy nếu đám cháy mới phát sinh, quy mô nhỏ. Trường hợp đám cháy đã phát triển lan rộng, cần triển khai đội hình chữa cháy sử dụng các chất chữa cháy chuyên dụng có thể dập tắt đám cháy thiết bị điện như F500EA với tỷ lệ pha 3%, bọt chữa cháy công nghệ CAFS ở chế độ phun bọt khô (tỷ lệ dung dịch giữa chất tạo bọt và không khí từ 1/19-1/20), bọt công nghệ 1-7; bên cạnh đó cần kết hợp triển khai làm mát ngăn cháy lan nếu có các thiết bị, công trình lân cận tại chân tháp bằng các lăng phun nước phân tán.

Tuy nhiên việc chữa cháy đám cháy các tuabin điện gió rất khó khăn và phức tạp. Do vậy đòi hỏi việc trang bị giải pháp chữa cháy tại chỗ sẽ là yếu tố rất quan trọng. Hiện nay, giải pháp hữu hiệu nhất cho việc đảm bảo an toàn về PCCC trong quá trình vận hành của các tuabin điện gió là trang bị hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động nhằm ngăn chặn kịp thời các sự cố cháy, nổ xảy ra và giảm thiểu thiệt hại đến mức thấp nhất.

Hệ thống chữa cháy tự động có thể phân làm 02 cấp để bảo vệ:

- Đối với thiết bị điện của tuabin và tháp (sử dụng chất chữa cháy hấp thụ nhiệt - 3M Novectm1230);

- Đối với thiết bị cơ khí của cơ sở và các hạng mục công trình có thiết bị điện của cơ sở (chất chữa cháy - CO2).

c) Biện pháp bảo đảm an toàn khi chữa cháy đám cháy tại các cơ sở năng lượng tái tạo

* Khi chữa cháy cơ sở điện mặt trời

- Lực lượng trực tiếp tham gia tiếp cận chữa cháy phải được trang bị quần áo chữa cháy chuyên dụng và không có khả năng dẫn điện (từ quần, áo, mũ, ủng, găng tay), sử dụng mặt nạ phòng độc cách ly để bảo vệ hệ hô hấp trước các chất độc hại.

- Trường hợp cần triển khai di chuyển lên mái nhà, phải xác định được khả năng chịu lực của ngôi nhà, công trình còn đảm bảo, không có nguy cơ biến dạng, sụp đổ. Có thể tiếp cận gián tiếp thông qua các công trình, ngôi nhà lân cận hoặc các phương tiện cơ giới như xe thang, xe cẩu, xe nâng ... để phun chất chữa cháy.

- Sử dụng tia nước phun ở chế độ phù hợp nhằm đề phòng nguy cơ gây nổ các thiết bị điện, phòng tránh điện giật gây nguy hiểm cho lực lượng chữa cháy.

* Khi chữa cháy cơ sở điện gió

- Lực lượng tham gia chữa cháy phải đảm bảo về khoảng cách an toàn và có phương án, biện pháp phòng tránh các tai nạn do các bộ phận thiết bị tuabin bị phá hủy (như cánh quạt cháy) rơi và văng ra, sụp đổ cấu kiện tháp tuabin có thể xảy ra, gây mất an toàn.

- Sử dụng tia nước phun ở chế độ phù hợp nhằm đề phòng nguy cơ gây nổ các thiết bị điện, phòng tránh điện giật gây nguy hiểm cho lực lượng chữa cháy.

Sự phát triển năng lượng tái tạo thay thế cho năng lượng truyền thống là xu thế tất yếu của xã hội hiện đại hiên nay. Vì vậy, giải pháp cấp bách đặt ra đối với các cơ quan chức năng quản lý là cần phải nhanh chóng hoàn thiện hệ thống hành lang pháp lý và các văn bản quy phạm pháp luật có liên quan đến năng lượng điện tái tạo nhằm mục tiêu bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia. Song song với đó cần đưa ra các biện pháp, giải pháp bảo đảm an toàn tuyệt đối về PCCC đối với các dự án năng lượng tái tạo để bắt kịp với xu thể phát triển của lĩnh vực này./.