Пожарная безопасность ветряных турбин



Энергия ветра является важным и растущим источником возобновляемой энергии в Европе. Из-за ветровых условий оффшорная ветроэнергетика является многообещающим вариантом. Следовательно, представляет интерес оптимизация и сокращение перерывов в производстве любого рода. Одной из причин остановки работы ветряных электростанций является возникновение пожара внутри ветряной турбины. Подсчитано, что на 1000 электростанций (береговых и морских) приходится 0,3-0,5 подобных пожаров в год. Шведский институт технических исследований провел исследование, отражающее современное состояние пожаров в ветряных турбинах и поднимающее ряд вопросов по этой теме. Как следствие, запущен исследовательский проект, направленный на поиск решений и снижение риска возгорания ветряных турбин.

Отправить заявку

В обществе существует стремление к выявлению и оптимизации альтернативных источников выработки электроэнергии. В прошлом году энергия ветра обеспечила 1% от общего потребления энергии во всем мире. Оффшорная ветроэнергетика составляет около 2% мировой установленной мощности, в общей сложности 8759 МВт. В настоящее время более 91% (8045 МВт) всех морских ветровых установок находится в европейских водах, в основном в Северном море (5094 МВт: 63%), Атлантическом океане (1808 МВт: 22%) и Балтийском море. (1142 МВт: 14%).

Представляет интерес оптимизировать выход этого зеленого и синего источника энергии и снизить потери. Пожар на ветряных турбинах был определен как одна из возможных причин потерь и аспект безопасности для рабочих. Таким образом, было проведено исследование пожаров, в первую очередь, в прибрежных ветряных турбинах. Исследование выявило ряд проблем, которые обсуждались на семинаре и были рассмотрены в рамках исследовательского проекта.

Сведения о пожарной безопасности ветряных турбин

Оффшорная ветроэнергетика является растущим источником энергии. В Швеции общая тенденция последних лет заключается в том, что количество ветряных электростанций строится все больше. В 2011 году во всем мире насчитывалось около 200 000 ветряных турбин. Все большее число судов строится на море, но также и на все большем расстоянии от береговой линии. В 2013 году были установлены первые турбины на расстоянии более 100 км от побережья. На начало 2013 года на шельфе располагалось 1662 электростанции. Ветроэнергетика выросла с 6 ГВт в мире в 1996 году до 369 ГВт в 2014 году. Мировое производство энергии морского ветра увеличилось до 8,8 ГВт.

Оптимизация этого источника производства энергии благотворно влияет на окружающую среду и, следовательно, сводит к минимуму все существенные источники нарушения производства. Возникновение пожара в ветряных турбинах является одним из видов сбоев и находится в центре внимания исследования, проведенного в Техническом исследовательском институте Швеции на морских ветряных турбинах. В настоящее время в открытом доступе имеется ограниченная статистическая информация, касающаяся ветряных электростанций (как наземных, так и морских) и их функциональности.

Исследование показывает, что в отношении как береговых, так и морских ветряных турбин 10-30% всех случаев потери электроэнергии на ветряных электростанциях происходят из-за пожара. По данным информационного форума, ежегодное количество инцидентов с 2007 во всем мире стабильно составляло 120-160. Исследование, проведенное Г. Рейном, подтверждается анонимным предположением о том, что это составляет лишь около 10% реальных пожаров. К сожалению, достоверность данных сомнительна, поскольку в настоящее время не существует формального процесса регистрации инцидентов.

В исследовании количество пожаров на ветряных электростанциях варьировалось в зависимости от источника информации. По оценкам, наиболее надежным источником является DNV GL, который собирает статистику и указывает 0,5 пожара на 1000 турбин в год.

Что касается частоты возникновения, проблема с пожаром может показаться незначительной по сравнению с общими проблемами качества и механическими неисправностями морских ветряных электростанций. Однако пожары ветряных турбин, как правило, вызывают значительные убытки (равные или превышающие первоначальную стоимость ветряной электростанции), особенно на море. Доступ к морским ветряным электростанциям в случае пожара затруднен. Однако с наземными ветряными электростанциями огонь может распространяться и вызывать лесные пожары. Причины возникновения пожаров на береговых и морских установках кажутся схожими. Пожары на ветряных турбинах не только приводят к остановке бизнеса, но и в основном являются проблемой безопасности.

В настоящее время причины пожара регистрируются страховыми компаниями только тогда, когда убытки превышают франшизу, т. е. когда страховая компания фактически должна произвести выплату. Различные источники информации указывают на следующий диапазон пожарных происшествий. Самой высокой частотой были пожары после технического обслуживания, за которыми следовали удары молнии, которые по-прежнему приводят к пожарам, хотя их количество сократилось за счет изменений конструкции, сбоев в электроснабжении, воспламенения горячих поверхностей, огневых работ по техническому обслуживанию и приготовлению пищи. Три из шести инцидентов связаны с присутствием человека в гондоле; следовательно, пожар становится проблемой безопасности.

Пожары на ветряных турбинах

Для возникновения пожара необходим источник воспламенения и горючий материал. Возможными источниками воспламенения являются молния, перегрев, воспламенение поверхности и неисправность электрооборудования. Наличие источников воспламенения и горючих материалов создает возможность воспламенения и развития пожара. Горючие материалы внутри ветряной турбины могут включать композитные материалы, содержащиеся в лопастях, стенках гондолы и низкоскоростном валу. Кроме того, легковоспламеняющиеся жидкости, такие как редукторы, гидравлические и смазочные масла, используются в различных частях турбины внутри гондолы, редуктор, рыскание, гидравлическая система, механизм изменения шага лопастей, масляные насосы, механический тормоз и масло наполняют трансформатор. Однако детали конструкции будут влиять на конкретный результат в случае возникновения пожара.

Системы безопасности

Техника пожарной безопасности предусматривает два типа систем противопожарной защиты, а именно активную противопожарную защиту и пассивную противопожарную защиту. Как активные, так и пассивные системы противопожарной защиты играют важную роль в пожарной безопасности ветряных турбин. Эти системы помогают достичь желаемых целей пожарной безопасности, будь то безопасность людей, защита имущества, воздействие на окружающую среду или непрерывность бизнеса. В контексте ветряных турбин основные принципы систем противопожарной защиты применяются независимо от того, находится ли место на берегу или в море.

Активные системы противопожарной защиты, применяемые в отношении ветряных турбин, включают в себя обнаружение (пламя, тепло, газ и дым), оповещение персонала и спасательных служб, а также приведение в действие систем контроля или тушения пожара. Однако активные системы могут привести к применению систем управления или пожаротушения и выбросу газа или аэрозолей. Они интрузивны и в некоторых случаях могут привести к нетепловому повреждению электрических устройств в гондоле.

Пассивная противопожарная защита обеспечивает безопасность за счет конструкции и включает в себя выбор материалов, разделение на отсеки и другие меры, направленные на минимизацию распространения огня. Герметичность достигается за счет применения огне- и дымобезопасных элементов конструкции, таких как стены, полы, двери, огнезащитные, защитные покрытия и т. д. Противопожарных характеристики достигаются за счет выбора материалов с пониженной горючестью и свойства дымообразования, которые либо присущи, либо обусловлены модификацией огнестойкости материалов. Огнестойкость обычно достигается за счет защиты уязвимых элементов конструкции и/или проектирования с учетом остаточных характеристик. В международной литературе имеются различные источники руководств и рекомендаций о том, как системы пассивной противопожарной защиты могут повысить пожарную безопасность ветряных турбин.

В отношении безопасности человека применяются национальные правила охраны здоровья и техники безопасности. В зависимости от местоположения и владельца турбины одним из требований может быть разработка плана аварийного реагирования. Рекомендуется, чтобы оператор морской ветроустановки предоставил подробный план пожарной безопасности, содержащий такие детали, как план аварийного реагирования и план аварийной эвакуации. Эта документация должна быть разработана в сотрудничестве с соответствующими спасательными службами. Кроме того, рекомендуется провести соответствующее обучение рабочих, а также возможных пожарных.

Заключительные замечания

Результаты исследования являются стимулом для более глубокого изучения темы пожарной безопасности ветроустановок. Горючие материалы, а также механизмы воспламенения были идентифицированы в конструкциях силовых установок. Хотя лопасти изготовлены из горючих материалов, потенциальные источники возгорания в основном находятся внутри гондолы, где имеются горячие поверхности коробки передач, генератора, тормозной системы, насосов и трансформатора. В сочетании с возможным наличием в гондоле горючего гидравлического и смазочного масла и твердых горючих материалов возможно возгорание и развитие пожара, приводящего к возможному полному разрушению электростанции.

Соответствующая техника пожарной безопасности на этапе проектирования важна с точки зрения безопасности и продолжения бизнеса.

Будущие вызовы

  • Как можно обеспечить надежный сбор данных о пожарах в ветряных турбинах?

  • Как можно уменьшить воздействие пожаров на ветряных турбинах с помощью активных и пассивных мер противопожарной защиты?

  • Какие критерии проектирования в отношении технологий активной и пассивной противопожарной защиты необходимы для минимизации риска возгорания ветряных турбин?

  • Можем ли мы достичь согласия в отношении руководящих принципов и, возможно, стандартов для проектирования пожаробезопасных ветряных турбин?

  • Можем ли мы договориться о стандартах испытаний ветряных турбин на пожаробезопасность?

  • Как можно применить численные инструменты при проектировании ветряных турбин для повышения пожарной безопасности станций?