Pod wiatr

Ratownictwo w elektrowniach wiatrowych to z wielu względów duże wyzwanie dla strażaków. Warto poznać te obiekty. Z każdym rokiem pojawiają się bowiem kolejne, a w ślad za nimi nowe zagrożenia.

Poszukiwania alternatywnych metod wytwarzania energii elektrycznej spowodowały dynamiczny rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii (OZE). Największy udział w tworzeniu tzw. zielonej energii należy do energetyki wiatrowej [1]. Ta intensywnie rozwijająca się gałąź przemysłu przynosi niewątpliwie wiele korzyści ekologicznych, gospodarczych i finansowych. Ale i stwarza różnego rodzaju zagrożenia, do których likwidacji potrzebne jest profesjonalne przygotowanie podmiotów krajowego systemu ratowniczo-gaśniczego.

Zagrożenia w elektrowniach wiatrowych

Do zagrożeń najczęściej występujących w elektrowniach wiatrowych zaliczają się: pożary, katastrofy budowlane, awarie techniczne urządzeń, oblodzenie łopat oraz zagrożenia spowodowane działalnością człowieka.

Statystyki z ostatnich lat wyraźnie pokazują, że liczba pożarów w elektrowniach wiatrowych rośnie. W ubiegłym roku na terenie Polski - kraju o stosunkowo niewielkiej liczbie parków wiatrowych w porównaniu do krajów Europy Zachodniej - spłonęły aż trzy turbiny wiatrowe. Miało to miejsce w Chłądowie i Pągowie (woj. wielkopolskie) oraz Lubkowicach (woj. zachodniopomorskie). Zdaniem Tomasza Sowy [2] najczęstszymi przyczynami powstawania pożarów w elektrowniach wiatrowych są:

• wyładowania atmosferyczne, 
• przegrzanie mechanizmów wewnętrznych (przekładni, generatora) w wyniku zbyt dużej prędkości obrotowej wirnika,
• niewłaściwe zadziałanie wewnętrznych systemów kontrolnych,
• nagrzewanie się do wysokich temperatur okładzin hamulców mechanicznych oraz niezapewnienie odpowiedniego smarowania powierzchni przekładni biegowych, co może prowadzić do ich nagrzewania do wysokich temperatur i zapłonu łatwopalnych materiałów stałych lub olejów i smarów,
• nieostrożność i błąd osób zajmujących się instalowaniem lub konserwacją elementów elektrowni wiatrowych.

Drugim z najczęściej występujących zagrożeń w elektrowniach wiatrowych są katastrofy budowlane [3]. Ich przyczynami bywają najczęściej: wady konstrukcyjne powstałe podczas procesu produkcyjnego, montażu lub eksploatacji, niestabilność gruntu oraz huraganowe wiatry. Z tych powodów dochodzi do rozwarstwienia powierzchni łopat, oderwania ich od wirnika, oddzielenia gondoli od wieży, a nawet przewrócenia się całej turbiny.

Kolejnym niebezpieczeństwem, występującym w okresie jesienno-zimowym i zimowo-wiosennym, jest oblodzenie konstrukcji elektrowni wiatrowych na skutek spadku temperatury poniżej zera przy dużej wilgotności powietrza. Łopaty wirnika oraz gromadzące się na nich lód, śnieg lub inne osady przemieszczają się z ogromnymi prędkościami. W chwili odseparowania się od łopaty (wierzchołek może osiągnąć prędkość nawet do 300 km/h) jakiegokolwiek elementu, może on zostać odrzucony na znaczną odległość. Na bazie podstawowych praw fizyki stworzono model numeryczny pozwalający na obliczanie trajektorii lotu i maksymalnego zasięgu rzutu. Dla typowej elektrowni o mocy kilku megawatów odłamki lodu o masach od kilku do kilkunastu kilogramów mogą być odrzucane na odległość ponad 700 m [4].

Częstą przyczyną powstawania zagrożeń w energetyce wiatrowej są działania człowieka [4]. Nieprzestrzeganie obowiązujących przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, nieznajomość lub lekceważenie zaleceń zawartych w instrukcjach obsługi, nieodpowiednie zabezpieczenie prac pożarowo niebezpiecznych, rutyna i lekkomyślność są najczęstszymi przyczynami powstawania wszelkiego rodzaju urazów, niejednokrotnie kończących się trwałym inwalidztwem, a nawet śmiercią [5].

Charakterystyka elektrowni wiatrowej

Elektrownia wiatrowa to budowla, która wraz z niezbędnymi urządzeniami technicznymi oraz towarzyszącą im infrastrukturą stanowi urządzenie prądotwórcze przetwarzające energię mechaniczną wiatru na energię elektryczną. Składa się z: 

• betonowego fundamentu w kształcie koła lub ośmioboku o promieniu ok. 20 m, wkopanego na głębokość ok. 3 m, czasami dodatkowo posadowionego na betonowych palach wbijanych w grunt,
• wieży, będącej najczęściej stalową konstrukcją stożkową, o przekroju koła o średnicy podstawy ok. 4-6 m (malejącej w kierunku wierzchołka) i całkowitej długości ok. 80-150 m,
• gondoli wyposażonej w generator prądu,
• wirnika (rotora) składającego się zwykle z trzech łopat, wykonanych z włókna szklanego wzmocnionego poliestrem lub żywicą epoksydową, o średnicy 40-110 m oraz piasty odpowiedzialnej za obracanie się łopat.

Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru w energię mechaniczną. Osadzony jest on na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr./min. Typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości przekraczającej 1500 obr./min. Zwiększenie prędkości obrotowej uzyskuje się więc poprzez zastosowanie skrzyni przekładniowej. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat. Na szczycie wieży znajduje się drugi silnik umożliwiający obrót gondoli o 360o. Pracą mechanizmu ustawienia łopat oraz kierunkowania gondoli zarządza układ mikroprocesorowy, na podstawie danych (prędkości i kierunku wiatru) zebranych z przyrządów pomiarowych zlokalizowanych na dachu gondoli.

Warto dodać, że zespół elektrowni wiatrowych należących do jednego podmiotu gospodarczego, połączonych i współpracujących ze sobą, stanowiących wraz z niezbędnymi urządzeniami technicznymi całościowy kompleks służący do produkcji energii nazywamy parkiem wiatrowym. W jego skład wchodzą: elektrownie wiatrowe, system dróg łączących poszczególne turbiny oraz infrastruktura przyłączeniowa, którą stanowią kable energetyczne przesyłające energię elektryczną z generatorów poszczególnych elektrowni wiatrowych do punktu zbiorczego zwanego głównym punktem zasilania (GPZ). W GPZ przekształca się dostarczony prąd na wysokie napięcie, umożliwiające wprowadzenie wytworzonej energii do krajowego systemu elektroenergetycznego.

Zagrożenia i utrudnienia

Jednostki ochrony przeciwpożarowej zadysponowane do likwidacji zagrożenia w elektrowni wiatrowej mogą napotkać wiele utrudnień rzutujących na skuteczność i bezpieczeństwo działań ratowniczych. Pierwszym z nich będzie dotarcie na miejsce zdarzenia.

Parki wiatrowe, liczące od kilku do nawet kilkudziesięciu turbin, zlokalizowane są najczęściej z dala od siedzib podmiotów ratowniczych oraz głównych szlaków komunikacyjnych. Dotarcie do konkretnej turbiny będzie wymagało zarówno czasu, jak i dobrej znajomości topografii terenu. Na niekorzyść działa również brak widocznego z daleka oznakowania turbin oraz skomplikowany system wewnętrznych dróg dojazdowych. Znaczną pomocą może być posiadanie w powiatowym planie ratowniczym bazy danych z dokładnymi koordynatami geograficznymi wszystkich elektrowni wiatrowych znajdujących się w rejonie chronionym komendy.

Po dotarciu na miejsce zdarzenia należy zwrócić szczególną uwagę na sposób ustawienia pojazdów pożarniczych. Istnieje bowiem niebezpieczeństwo oderwania się uszkodzonych elementów turbiny, które mogą spowodować rozprzestrzenienie się pożaru wokół wieży turbiny. Ze względów bezpieczeństwa należy przyjąć, że strefa zagrożenia ze strony elektrowni powinna obejmować obszar o promieniu równym co najmniej wysokości masztu.

Aby skutecznie i bezpiecznie prowadzić działania ratownicze, należy koniecznie zatrzymać turbinę i odłączyć dopływ energii elektrycznej. Do awaryjnego zatrzymania turbiny służą wyłączniki bezpieczeństwa (zbijaki koloru czerwonego), zlokalizowane w różnych miejscach elektrowni. Zatrzymanie wirnika w trybie awaryjnym powoduje ustawienie kąta nachylenia łopat w pozycji neutralnej oraz zadziałanie systemów hamowania. Nie oznacza to jednak zupełnego zatrzymania turbiny. Całkowite unieruchomienie możliwe jest poprzez tzw. pinowanie, czyli mechaniczne zablokowanie wirnika za pomocą trzpieni wsuwanych w odpowiednie otwory. Ze względu na konieczność właściwego ustawienia wirnika za pomocą panelu sterowania, czynności te mogą wykonać jedynie przeszkoleni pracownicy techniczni. Pamiętać również należy, że użycie wyłączników bezpieczeństwa wiąże się z wyzwoleniem ogromnej energii, powodującej odchylenie wieży nawet do dwóch metrów od pionu. Najbezpieczniejsze jest zatem zatrzymanie turbiny wyłącznikiem znajdującym się wewnątrz wieży przy wejściu, zanim rozpoczniemy jakiekolwiek działania ratownicze.

Znacznie bardziej skomplikowane jest odłączenie dopływu energii elektrycznej. Należy pamiętać, że zatrzymanie pracującej turbiny nie oznacza odcięcia zasilania. Producenci elektrowni wiatrowych stosują dwa rozwiązania. W pierwszym przypadku transformator, do którego przesyłany jest prąd z generatora, znajduje się na zewnątrz turbiny (poznamy to po obecności w pobliżu wieży niewielkiego budynku). Oznacza to, że wewnątrz turbiny płynie prąd o napięciu 690 V i odcięcie go wymaga jedynie wciśnięcia odpowiedniego przycisku wyłącznika znajdującego się przy transformatorze. W drugim wariancie transformator znajduje się wewnątrz turbiny, a więc oprócz napięcia 690 V niezbędnego do zasilania urządzeń sterowniczych z transformatora do rozdzielnicy prądu płynie średnie napięcie 15-30 kV. W tym przypadku ze względu na wymagania przepisów bezpieczeństwa napięcie może wyłączyć tylko pracownik, ponieważ po odcięciu zasilania (np. z GPZ) należy uziemić instalację turbiny.

Sposoby ewakuacji

Wieże elektrowni wiatrowych wyposażone są w dwa systemy komunikacyjne umożliwiające dotarcie do gondoli. Jednym z nich jest system drabinowy, wykorzystujący do asekuracji urządzenia samozaciskowe ze sztywną prowadnicą. Są to urządzenia w postaci suwaka przesuwającego się po profilu lub linie stalowej, wyposażone w amortyzator, który ma za zadanie pochłonięcie energii upadku. W razie braku urządzeń samozaciskowych (stanowiących zazwyczaj wyposażenie osobiste pracowników technicznych), do asekuracji podczas poruszania się po drabinie można wykorzystać lonżę asekuracyjną z karabinkami o dużym prześwicie. Pamiętać jednak należy, że bezpiecznymi punktami wpięcia w drabinę są tylko te szczeble, przez które przechodzi śruba gwarantująca wytrzymałość wymaganą normami bezpieczeństwa. Drugim systemem komunikacyjnym stosowanym w elektrowniach wiatrowych jest podest ruchomy zaliczany do urządzeń bliskiego zasięgu. Jest to jeden z rodzajów dźwigu osobowego poruszającego się po linach stalowych lub prowadnicach drabin, umożliwiający transport dwóch osób wewnątrz wieży. Niestety do działań ratowniczych wykorzystanie ich jest bardzo ograniczone.

Gondola jest elementem elektrowni wiatrowej, w którym istnieje największe ryzyko utraty życia i zdrowia. Wynika to z faktu, że znajduje się w niej większość urządzeń niezbędnych do produkcji energii elektrycznej, które jednocześnie są najczęstszymi źródłami zagrożeń. W razie wystąpienia niebezpieczeństwa w gondoli pracownicy mają do wyboru kilka możliwości ewakuacji. Pierwszą z nich będzie ucieczka do wieży, a następnie zejście w dół po drabinie. Przeszkodą mogą być problemy z odnalezieniem wyjścia z gondoli do wieży, ponieważ nierzadko znajduje się ono pod skrzynią przekładniową i przeciśnięcie się w tej niewielkiej przestrzeni sprawia dużo trudności nawet w normalnych warunkach.

W przypadku silnego zadymienia w wieży, uniemożliwiającego wykorzystanie tej drogi do ewakuacji, producenci elektrowni wiatrowych przewidzieli opuszczenie gondoli przez luk ewakuacyjny z wykorzystaniem urządzeń ratowniczych. Luki ewakuacyjne zlokalizowane są najczęściej w tylnej części gondoli po przeciwległej stronie w stosunku do wirnika. Nad nimi znajdują się oznakowane żółtym kolorem stanowiska ratownicze, spełniające wymagania norm wytrzymałościowych. W razie ich braku stanowisko należy zbudować z pętli taśmowych (np. na elementach konstrukcyjnych wciągarki mechanicznej), przestrzegając zasady, aby kąt zawarty między nimi nie przekraczał 90º.

Urządzenia ratownicze stanowią obowiązkowe wyposażenie każdej elektrowni wiatrowej. Mimo różnorodnych rozwiązań technicznych, ich wspólną cechą jest możliwość jednoczesnego opuszczenia dwóch osób ze stałą prędkością 0,8-0,9 m/s. Z założenia służą do ewakuacji pracowników, większość tych urządzeń może być jednak wykorzystana również do celów ratowniczych. Jeśli opuszczana osoba zaczepi się o element konstrukcyjny lub lina splącze się w węzeł, możliwe jest jej podciągnięcie za pomocą mechanizmu przekładniowego. Urządzenia ewakuacyjne mogą być również wykorzystywane jako przyrządy zjazdowe.

Kolejnym kierunkiem ewakuacji, możliwym do zastosowania w niektórych elektrowniach wiatrowych, jest zjazd z wykorzystaniem urządzenia ewakuacyjnego bezpośrednio z wnętrza wirnika. Pozwala na to zastosowanie w obudowie piasty stałych lub tworzonych na potrzeby ewakuacji otworów, pozwalających na wydostanie się na zewnątrz. Poważnym utrudnieniem w realizacji tej metody ewakuacji jest dotarcie do wnętrza piasty (najczęściej są to bardzo wąskie i ciasne przestrzenie) oraz konieczność całkowitego unieruchomienia wirnika, ponieważ zjazd odbywa się w płaszczyźnie obrotu łopat.

Ostatnim sposobem ucieczki z turbiny wiatrowej jest ewakuacja z dachu gondoli. To najtrudniejsza i najniebezpieczniejsza z metod, ponieważ opuszczenie się przez krawędź dachu w połączeniu z dużą wysokością i zmiennymi warunkami atmosferycznymi bywa często przeszkodą nie do przejścia, nawet dla doświadczonych pracowników.

Taktyka działań ratowniczo-gaśniczych

W elektrowniach wiatrowych możliwości prowadzenia działań gaśniczych przez jednostki ochrony przeciwpożarowej są bardzo ograniczone. Po pierwsze z powodu wydłużonego czasu dotarcia na miejsce zdarzenia pierwszych zastępów gaśniczych - pożary są już najczęściej w fazie rozgorzenia. Po drugie - standardowe wyposażenie pojazdów pożarniczych uniemożliwia podanie środków gaśniczych na tak duże wysokości. Po trzecie - nawet gdyby takie możliwości istniały, to ze względu na bezpieczeństwo ratowników podanie ich byłoby możliwe dopiero po odłączeniu dopływu energii elektrycznej, co wymaga czasu, wiedzy i umiejętności. W rzeczywistości działania straży pożarnej ograniczają się do zabezpieczenia miejsca zdarzenia i zapobiegania rozprzestrzenianiu się pożaru od spadających, palących się elementów turbiny.

Zdecydowanie większe możliwości działań operacyjnych mają podmioty ratownicze w razie konieczności niesienia pomocy poszkodowanym, którzy ulegli wypadkom przy pracy. Budowa i charakterystyka elektrowni wiatrowych szczególnie predysponuje do wykonywania takich zadań ratowników wysokościowych, ponieważ mają oni odpowiednie umiejętności i wyposażenie. Działania ratownicze mogą być prowadzone zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz turbiny wiatrowej. Ewakuacja technikami wysokościowymi wewnątrz wieży możliwa jest wzdłuż drabiny lub w przestrzeni poruszania się podestów ruchomych. Dużym utrudnieniem w opuszczeniu poszkodowanego w koszu ratowniczym są podesty stałe, które dzielą wieże na poszczególne segmenty. Ze względu na bardzo wąskie przejścia pokonanie ich wymaga za każdym razem pionowania noszy. Warto również pamiętać, że dopuszczalne obciążenie podestów stałych jest ściśle określone przez producenta i wynosi zazwyczaj 1000 kg.

Ewakuacja poszkodowanego na zewnątrz turbiny możliwa jest przez luk ewakuacyjny, bezpośrednio z wnętrza wirnika (nie we wszystkich modelach) oraz z dachu gondoli. Na bezpieczeństwo ratowników i poszkodowanych ogromny wpływ mają w tym przypadku warunki atmosferyczne. Szczególne zagrożenie pojawia się przy dużym wietrze i wyładowaniach atmosferycznych.

Ze względów bezpieczeństwa producenci elektrowni wiatrowych zabraniają pracownikom przebywania wewnątrz turbiny, gdy prędkość wiatru przekracza 10-15 m/s. Prowadzenie ewakuacji w takich warunkach grozi pojawieniem się zjawiska wahadła - poszkodowany uderza wówczas o wieżę lub okręca się wokół niej. Wyjściem w tej sytuacji jest zastosowanie liny kierunkowej, która całkowicie eliminuje takie zagrożenie.

Elektrownie wiatrowe z uwagi na swoją wysokość stanowią naturalny cel dla wyładowań atmosferycznych. Na takie zdarzenia szczególnie narażone są końcówki łopat. Dlatego wszystkie większe elektrownie wiatrowe wyposażone są w instalacje odgromowe. Zagrożenie porażenia piorunem stanowią tak wielkie niebezpieczeństwo, że prowadzenie działań ratowniczych podczas burzy dopuszczalne jest tylko w razie bezpośredniego zagrożenia życia.

Szybkie i skuteczne podjęcie działań ratowniczych, w razie wystąpienia zagrożeń na elektrowniach wiatrowych, możliwe będzie tylko przy ścisłej współpracy właściciela parku wiatrowego z podmiotami krajowego systemu ratowniczo-gaśniczego. Współpraca ta powinna obejmować wymianę informacji w zakresie charakterystyki obiektów, potencjalnych zagrożeń, dróg dojazdowych czy sposobach powiadamiania, w wyniku których możliwe będzie opracowanie procedur ratowniczych. Warto podjąć takie działania, ponieważ skutki zaniedbań w tym zakresie zawsze niosą ze sobą ogromne zagrożenie życia i zdrowia pracowników, a ponadto są bardzo dotkliwe finansowo.

St. kpt. Robert Garbaciak
jest dowódcą JRG 9 we Wrocławiu i dowódcą Specjalistycznej Grupy Ratownictwa Wysokościowego Wrocław 9

fot. Robert Garbaciak

Przypisy

[1] Dane Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej.
[2] T. Sowa, Podstawowe aspekty ochrony przeciwpożarowej elektrowni wiatrowych, „ Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza”, Warszawa 2011.
[3] Raport Malcolm Sharples, Brian Sharples 2010
[4] G. Pojmański, Opinia dotycząca zagrożeń związanych z eksploatacją i awariami turbin wiatrowych przygotowana na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
[5] http://www.ergohestia.pl/korporacje/edukacja/odpowiedzialnosc-cywilna/sila-wiatru.html