Các dự án năng lượng tái tạo hiện là xu thế phát triển của toàn cầu, được xem là giải pháp thay thế cho năng lượng truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng, chống biến đổi khí hậu và phục hồi hệ sinh thái của Trái đất.
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.
Hình 1. Sơ đồ hoạt động của nhà máy điên mặt trời
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.
Hình 2. Mô hình cấu tạo cơ bản của tuabin điện gió
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
Hình 3. Đám cháy cánh đồng pin của nhà máy điện mặt trời tại Nhật Bản vào ngày 09/9/2019
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.