Г.С. Дмитрієв
«Енергія» 2006, № 4. С. 35-39.
Пожежі на вітроенергетичних установках (ВЕУ) трапляються досить рідко, але, як правило, їх результатом стає повне руйнування турбіни. Якщо пожежа в гондолі ВЕУ на висоті вже почався, його дуже важко зупинити, пожежній команді непросто дістатися до місця спалаху, спеціальне обладнання для цього є в наявності дуже рідко, а напору води часто не вистачає для того, щоб дістати струменем до такої висоти (висота сучасних ВЕУ потужністю до 5 МВт досягає 130 м; при потужності 150-200 кВт їх висота становить не менше 30 м).
Якщо установка згоріла, то, за даними страхової компанії WindPro, на її заміну потрібно від 9 до 12 місяців, а це втрати енергії для власника установки. Але зазвичай виробники ВЕУ намагаються якомога швидше прибрати її з виду. Пожежі на установках є причиною від 9 до 20% позовів до страхових компаній.
Пожежі на ВЕУ відбуваються з двох основних причин - удар блискавки або технічні помилки і несправності. В обох випадках горять мастильні матеріали, оливи, трансмісійні горючі рідини і оболонка гондоли.
Пожежі від ударів блискавок
Не кожен удар блискавки призводить до пожежі. Найчастіше удар блискавки викликає виправити збиток - це, як правило, зруйнована лопать, яку потім замінюють. Але вже якщо полум'я з'явилося, це веде до повного руйнування установки. Можлива частота ударів блискавки істотно залежить від місця розташування ВЕУ та її розмірів. Майданчики континентальної Європи порівняно рідко піддаються ударам блискавки. Найчастіше блискавки виблискують і потрапляють в вітроустановки на півночі Німеччини і в Альпах, у той час як у Данії удар блискавки в ВЕУ - рідкість. Страхова компанія WindPro констатує, що удари блискавок в вітротурбіни частіше відбуваються в США, ніж в Європі. Так, в штаті Техас це дуже часте явище. Дуже великої шкоди блискавки завдають ВЕУ в Японії, особливо у вітряні зими з перемінною погодою. Дані, зібрані в Японії, показують жахливу картину. Тільки за один сезон і тільки в одній області Хонсю лопаті на 55 ВЕУ були зруйновані блискавками. Сумарний оцінений збиток за рік перевищив 5.5 млн. дол, а вартість профілактичних заходів склала близько половини цієї суми.
З розвитком вітроенергетики розміри і потужності ВЕУ збільшуються, що робить їх все більш схильними до ударів блискавки. Вітропарки, розташовані на морських акваторіях, також перебувають у зоні підвищеного ризику від попадання блискавок. Виробництво лопат з вуглецевих волокон з високою електропровідністю, що застосовується в даний час для зниження маси лопатей і для їх зміцнення, збільшує вразливість ВЕУ для блискавок.
У міру зростання потужності і розмірів ВЕУ виробники все більша увага стали приділяти усложняющимся систем блискавкозахисту. Наприклад, в ВЕУ типу V90 виробництва фірми Vestas вбудовані запобіжні електроди, які йдуть від самих кінчиків лопатей до дна вежі, де встановлена система заземлення.
Інші виробники не використовують вуглецеві волокна у великих лопатях. Так, для ВЕУ Multibride потужністю 5 МВт лопаті виконані без вуглецевого волокна. Фірма Епегсоп також намагається уникати застосування вуглецевих волокон в лопатях ВЕУ моделі Е-112.
Британська фірма ЕА Technology намагається вирішити проблему захисту від блискавок більш «профілактичним» методом, а саме системою попередньої локації блискавок. Система передбачає можливе місце виникнення молніевих розрядів за дві години, даючи операторам ВЕУ можливість заздалегідь зупинити свої установки для запобігання шкоди. Згідно з дослідженнями фірми ЕА Technology, які базуються на статистиці, зібраній на майданчику, де в середньому на рік відбувається 10 розрядів блискавок, це явище можна передбачити заздалегідь не більше ніж за 4 години.
У США за минулі десятиліття були встановлені тисячі дрібних, за нинішніми масштабами, ВЕУ потужністю 80-150 кВт. У той час блискавкозахист лопатей в агрегатах американського виробництва не була поширена повсюдно, і в результаті мали місце удари блискавок в ВЕУ та пожеж. Однак ветеран вітроенергетики США Поль Гайп рекламує як найнадійніші на вторинному ринку вітроагрегатів старі ВЕУ данського і німецького виробництва потужністю 150-200 кВт, вже в той час обладнані блискавкозахистом.
* Атлас вітрів Росії / О.М. Старков, Л. Ландберга, П.П. Безруких, М.М. Борисенко. - М.: «Можайськ - Терра», 2000.
Яка ситуація в Росії? По-перше, у нас ВЕУ нараховуються тільки десятками, і велика частина з них встановлена після 2000 р. Тому статистики ударів блискавок в них практично немає. Хоча найкраще збирати її з самого початку, особливо для того, щоб скласти уявлення про найбільш небезпечних місцях для розташування вітропарків і порівняти їх із картою вітроенергетичного потенціалу «Атласу вітрів Росії» *.
ВЕУ або великих вітропарків, розташованих у морі, в нашій країні поки що взагалі немає. Найбільший континентальний вітропарк Росії знаходиться в Калінінградській області поблизу с Куликове. Сумарна потужність його дорівнює 5.1 МВт, він складається з 21 ВЕУ датського виробництва. Другий за кількістю агрегатів і встановленої потужності вітропарк знаходиться поблизу м. Анадир на Чукотці і складається з 10 ВЕУ українського виробництва одиничною потужністю 250 кВт. Середня потужність ВЕУ по Росії становить трохи більше 200 кВт. Більшість установок обладнані блискавкозахисним пристроями, заземлювальними електродами.
Автокрани відповідної вантажопідйомності, придатні для монтажу великих, за нашими масштабами, вітроагрегатів досить рідкісні, а в деяких місцевостях просто відсутні. Так, для монтажу ВЕУ Wincon 200 потужністю 200 кВт з масою гондоли 8 т в Мурманську знайшовся тільки один автокран, що працював на межі своєї вантажопідйомності при висоті вежі ВЕУ в 28 м. Якщо б установка була потужністю 300 кВт, довелося б використовувати вертоліт, що значно збільшило б витрати на її зведення. Таким чином, для початку процесу розвитку вітроенергетики необхідно одночасно вирішувати питання про створення спеціального кранового господарства. Це ж можна сказати і про протипожежному обладнанні.
Технічні несправності та людський фактор
Іншою поширеною причиною пожеж є технічні помилки і несправності. З'ясування причини події після пожежі вимагає досить багато часу і коштів. Пожежі такого роду виникають від перегріву і іскріння. Додатковим чинником ризику є присутність займистих рідин і аерозолів.
Людський фактор також має місце при виникненні пожеж на ВЕУ. В основному він проявляється в неуважності експлуатаційного персоналу при профілактичних ремонтах та оглядах. На початку розвитку вітроенергетики пожежі часто виникали від зламаних контактів електрообладнання, які нагрівалися або іскрили. Відбуваються поруч розливи масла, наявність горючої оболонки кабелів з пластику, гуми або іншого займистого матеріалу становлять потенційну небезпеку.
Пожежу може бути результатом поломки або некондиційного стану будь-якого компоненту. У 2003 р. прототип німецької ВЕУ Vensys 62 потужністю 1.2 МВт згорів через замикання в «стійкому до поломок» комплекті батарей в системі контролю повороту лопатей.
Пожежу може відбутися також через осушення основних підшипників на головному валу. Результат - їх нагрівання, загоряння залишків мастила і сильна пожежа. Така подія може бути викликано, наприклад, режимом тривалих і частих гальмувань і наявністю при цьому горючих матеріалів поблизу гарячих підшипників.
Як уникнути пожеж на ВЕУ
Найголовніше засіб від пожеж - досить часті і ретельні огляди і ремонтно-профілактичні роботи. Потрібно відстежувати і ліквідувати тертя кабелів про вібруючі і обертові частини. Слідкувати за станом ізоляції кабелів, так як її руйнування веде до коротких замикань та пожежі.
Зламана або стерта труба маслопроводу може призвести до витоку масла, яке потім потрапляє в тертьові частини. Якщо масло потрапляє в контакти, можливе займання від іскріння і пожежа. Це ж відноситься і до протікань з труб водяного охолодження - втрата води в системі охолодження генераторів і інших компонентів веде до їх перегріву та виникнення пожежі.
Застосування телекомунікаційних систем, що стежать, дистанційно пов'язаних з персональним комп'ютером в диспетчерській, може значно знизити ризик збитку, викликаного помилкою персоналу або поломкою компонента установки. Подібні системи зазвичай відстежують температуру масла та води в критичних місцях, рівень вібрації, зміна рівня шуму ВЕУ.
У Європі телекомунікаційні системи отримують широке поширення з двох основних причин. Перша - велика кількість ВЕУ (кілька десятків тисяч). Навіть фізично важко знайти таку армію експлуатаційного персоналу.
Друга причина в тому, що зарплата цього персоналу повинна відповідати європейським стандартам. А це означає, що витрати на експлуатацію можуть значно зрости і скласти суму, більшу, ніж витрати на оснащення вітроагрегатів телекомунікаційними системами. Потрібно мати на увазі, що тут присутні ще два фактори, які полегшують застосування цих систем у Європі - низький рівень крадіжки і прийнятний рівень оренди телекомунікаційних каналів для передачі інформації.
У Росії справа йде з точністю до навпаки - значно простіше найняти черговий персонал з порівняно невеликою зарплатнею, який одночасно буде здійснювати і охоронні функції, ніж орендувати канали зв'язку, що стоять, як і все пов'язане з телекомунікацією в Росії, надзвичайно дорого, і потім утримувати цілий штат охорони як самих установок, так і контрольного електронного обладнання.
За правилами експлуатації ВЕУ, їх профілактичний огляд і контроль повинні проводитись у відповідності із суворим графіком: перший огляд - через місяць після пуску в експлуатацію, наступні - через кожні півроку. Для кожної установки повинен бути складений свій графік відвідувань і перевірок із зазначенням, що саме потрібно оглядати і що - контролювати. Тут під словом «оглядати» мається на увазі пошук видимих порушень та дефектів, а під словом «контролювати» - перевірка компонентів і деталей на відповідність їх стандартним вимогам, наприклад перевірка моменту затягування болтів або величини опору ізоляції.
Вітропарк «Куликове», що складається з 21 агрегату, належить та експлуатується АТ «Янтарьенерго». Для обслуговування ВЕУ тут є спеціальна бригада з двох робітників і майстри. Для порятунку людей у разі виникнення пожежі під час профілактичних робіт ця бригада носить із собою спеціальний рятувальний комплект, що складається з троса, карабінів і спеціальної лебідки з ручним приводом. Застосування такого комплексу дає можливість людям спуститися з гондоли до основи агрегату поза башти, якщо спалах відбудеться в розподільній шафі всередині башти або в гондолі. Втім, вірогідність цього дуже мала, так як майже всі профілактичні огляди і контроль, а тим більше ремонт здійснюються при зупиненому агрегаті. Більш складні електротехнічні роботи проводяться при відключенні агрегату від мережі і навіть запиранні основного електричного ключа. Але все ж таки краще перестрахуватися і бути готовим до будь-якої несподіванки, адже мова йде не тільки про грошовий збиток, але й про життя людей.
Системи пожежної безпеки
Корисним є застосування спеціальних протипожежних систем з розприскування або розпиленням переважної вогонь піни або порошку, функціонально поєднаних з ключовими системами ВЕУ. Деякі виробники розробляють нові системи пожежогасіння і вірять, що, вбудовуючи подібні системи у свої вироби, наприклад гондоли ВЕУ, вони спрощують пожежогасіння. Виробники патентованих систем пожежогасіння в інших областях промисловості пропонують їх як необхідні компоненти для установки на ВЕУ.
Однією з таких систем, яка може бути вбудована в ВЕУ на будь-якій стадії її життя, є система «Firetrace». У системі використовується подача по трубах, прокладених паралельно будь працюючої частини ВЕУ (наприклад паралельно гідравлічній системі), CO2 або іншого огнеподавітеля протягом декількох секунд після появи вогню. Це знижує шкоду від виниклої пожежі до мінімуму. Подібні системи проектуються для автоматичної роботи на великих ВЕУ без необхідності ручного вмикання і спостереження.
Що стосується Росії, то, наприклад, в вітропарк «Куликове» в розподільних шафах встановлені самосрабативающіе порошкові вогнегасники. Про інші автоматичних системах протипожежної безпеки на російських ВЕУ у автора даних немає.
Висновок
Як вже згадувалося вище, збір та аналіз статистичних даних по ударах блискавок і пожеж на ВЕУ допоможе при прийнятті рішень про вибір перспективних майданчиків для їх будівництва. Правильний підхід до вирішення проблеми пожежної безпеки не тільки врятує людські життя, що є найбільш важливим завданням цих заходів, а й забезпечить зниження ризиків при підготовці бізнес-планів та отриманні кредитів від вітчизняних або закордонних банків та інвесторів. А це призведе до загального зниження вартості проекту, підвищенню його економічної ефективності. Таким чином, цей суто технічне питання має далекосяжні економічні наслідки для всього розвитку вітроенергетики в світі і в Росії.