Pożary elektrowni wiatrowych: przyczyny, skutki i wyzwania

Pożary turbin wiatrowych, choć rzadkie, zawsze wiążą się z poważnym niebezpieczeństwem, zarówno zdrowotnym czy infrastrukturalnym, jak i finansowym. Płonąca gondola na wysokości kilkudziesięciu metrów to straty liczone w milionach dolarów, a dla służb ratowniczych - ogromne wyzwanie.

Statystyki i niedostateczne raportowanie incydentów

Pożary turbin wiatrowych są drugim najczęstszym rodzajem awarii w tych urządzeniach, zaraz po usterkach mechanicznych. Wynika to z danych zgromadzonych przez badaczy z Universidad de las Américas Puebla (Meksyk) i King Faisal University (Arabia Saudyjska) na podstawie 478 udokumentowanych incydentów. Badacze zebrali dane z niezależnych baz (Scotland Against Spin, Wind Watch) oraz doniesień prasowych. W latach 2000-2024 rejestrowano średnio 20 pożarów rocznie.

Istnieje jednak rozbieżność w statystykach, ponieważ branża energetyczna nie ma obowiązku raportowania każdego incydentu do centralnego, publicznego rejestru. Wiele zdarzeń pozostaje w wewnętrznych protokołach firm albo nie zostaje odnotowanych w ogóle. Niezależne bazy danych zbierają jedynie pożary, które trafiły do mediów, lub przypadki zgłoszone przez lokalnych obserwatorów. Badanie naukowców z Meksyku i Arabii Saudyjskiej obejmuje głównie dane z Europy i Ameryki Północnej. Chiny, największy producent energii wiatrowej na świecie, według tych danych mają zaledwie trzy odnotowane przypadki. Autorzy badania wskazują, że Azja i Oceania to regiony, w których problem niedostatecznego raportowania pożarów turbin wiatrowych jest najbardziej dotkliwy. Chińskie turbiny jeszcze do niedawna znajdowały się we wczesnej fazie produkcyjnej, co statystycznie powinno sprzyjać większej liczbie awarii, nie mniejszej.

Przyczyny pożarów turbin wiatrowych

Gondola turbiny to w rzeczywistości ciasne pomieszczenie wypełnione materiałami łatwopalnymi. Znajdziemy tam nawet 900 litrów oleju hydraulicznego i przekładniowego, kilometry kabli w polimerowych izolacjach oraz kompozytowe elementy podatne na ogień. Wszystko to pracuje w bezpośrednim sąsiedztwie potencjalnych źródeł zapłonu: tarcz hamulcowych, generatorów i transformatorów.

Do tego dochodzi czynnik mechaniczny. Przegrzane łożyska czy niesprawne hamulce generują temperatury, które w minutę potrafią doprowadzić do zapłonu oparów oleju. Głównym „podpalaczem” w przypadkach pożarów turbin wiatrowych pozostaje jednak natura. Wyładowania atmosferyczne są odpowiedzialne za największą liczbę incydentów, szczególnie gdy systemy ochrony odgromowej (LPS) zawodzą lub nie są regularnie serwisowane. Jedną z częstszych awarii turbin wiatrowych są pożary, czasami powstające w wyniku oddziaływania wyładowań atmosferycznych podczas gwałtownych burz. W 2000-2011 roku stwierdzono łącznie 175 pożarów turbin, a najczęstszą przyczyną było uderzenie pioruna lub awaria instalacji elektrycznej. Częstą przyczyną powstawania zagrożeń w energetyce wiatrowej są również działania człowieka.

Konsekwencje pożarów i wyzwania dla służb ratowniczych

Pożar powoduje całkowite zniszczenie turbiny. Gondola i wirnik wykonane są z laminatu, a w czasie pożaru ogień rozprzestrzenia się bardzo szybko, gwałtownie wzrasta też temperatura. Straty z tytułu pożarów wyniosły dla pojedynczego zdarzenia od 750 000 do 2 milionów dolarów, przy czym były związane nie tylko z wymianą uszkodzonych elementów, ale także z przestojem turbiny.

W przypadku pożarów turbin wiatrowych poważne zagrożenie stanowią płonące elementy gondoli i łopat, które z wiatrem przenoszone są na duże odległości i mogą stanowić źródło pożarów wtórnych. Na płonące fragmenty działa siła wyporu związana z obecnością rozgrzanego powietrza wokół elementów, która zmniejsza ciążenie efektywne i powoduje, że czas spadku na ziemię oraz droga przebyta z wiatrem znacznie się wydłużają. Nie sposób dokładnie obliczyć jak duża jest zagrożona strefa, ponieważ zależy to od siły wiatru, ale kąt spadania na ziemię dla niektórych płonących fragmentów może być nie większy niż 5-10 stopni, co oznacza, że mogą one polecieć na odległość rzędu 10-krotnej wysokości wieży. W Kalifornii w 2012 roku pożar turbiny doprowadził do zniszczenia 1,4 kilometrów kwadratowych lasu.

Incydenty w Polsce

Turbiny wiatrowe stają się coraz częstszym elementem polskiego krajobrazu. Mimo ich licznych zalet, obawy mogą budzić doniesienia w mediach o pożarach tychże turbin. Przede wszystkim, liczba pożarów turbin wiatrowych w Polsce jest bardzo mała. W 2023 roku odnotowano cztery takie pożary. W okresie od 1 stycznia do 2 grudnia 2024 roku - tyle samo. Mimo to, należy pamiętać, że pożary tego typu urządzeń się zdarzają i stanowią ogromne wyzwanie dla strażaków ze względu na specyfikę konstrukcji oraz lokalizację elektrowni wiatrowych.

Niedawne wydarzenia w Polsce, takie jak pożary w Kalskiej Woli (woj. łódzkie) oraz w miejscowości Rządza (woj. mazowieckie) dnia 5 kwietnia, brutalnie obnażyły ograniczenia służb ratowniczych. W obu przypadkach scenariusz był niemal identyczny: płonąca gondola na wysokości 70-80 metrów i bezradność ekip na dole. Strażacy, przybywając na miejsce, mogli jedynie zabezpieczyć teren przed spadającymi, płonącymi fragmentami konstrukcji, gdyż nie są w stanie dostać się na taką wysokość za pomocą drabin na wozach strażackich (te zwykle mają ok. 50 metrów wysokości). Pożar w Rządzy trwał około sześciu godzin i zakończył się około godziny 2 w nocy, w akcji udział brało sześć zastępów straży pożarnej oraz policja. Nikt nie został poszkodowany, a najprawdopodobniej przyczyną pożaru było uderzenie pioruna.

Inny incydent miał miejsce w Kluczewsku nieopodal Włoszczowy (woj. świętokrzyskie), gdzie z gondoli umieszczonej około 35 metrów nad ziemią zaczął wydobywać się dym, a urządzenie stanęło w płomieniach. Akcja gasząca była niezwykle utrudniona ze względu na spadające elementy płonącej konstrukcji, niemożność zastosowania hydraulicznego podnośnika na skutek grząskiego gruntu, a także przechodzącej tuż nad obszarem burzy wraz z silnymi podmuchami wiatru. Teren wokół pożaru został zabezpieczony, jednak wstrzymano się od czynności gaszących, aż do czasu doszczętnego wypalenia się zajętej przez ogień gondoli. Proces ten był stale monitorowany przy pomocy kamery termowizyjnej, a elektrownia wiatrowa została odłączona od sieci elektroenergetycznej.

Statystyki z ostatnich lat wyraźnie pokazują, że liczba pożarów w elektrowniach wiatrowych rośnie. W ubiegłym roku na terenie Polski spłonęły aż trzy turbiny wiatrowe: w Chłądowie i Pągowie (woj. wielkopolskie) oraz Lubkowicach (woj. zachodniopomorskie).

Wyzwania dla Państwowej Straży Pożarnej

Ratownictwo w elektrowniach wiatrowych to z wielu względów duże wyzwanie dla strażaków. Turbiny wiatrowe często znajdują się w oddalonych, trudno dostępnych lokalizacjach, co znacznie wydłuża czas dotarcia pierwszych zastępów 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.

Dużą trudnością są również ograniczone możliwości techniczne. Standardowe wyposażenie pojazdów pożarniczych nie pozwala na skuteczne podawanie środków gaśniczych na wysokość, na której znajdują się turbiny wiatrowe, czyli często powyżej 100 metrów. Pożar turbin wiatrowych jest zdarzeniem skrajnie niebezpiecznym także z uwagi na brak możliwości jego ugaszenia. Wysokość turbiny uniemożliwia użycie standardowego sprzętu gaśniczego, dlatego zadaniem straży pożarnej jest na ogół tylko wyznaczenie strefy bezpiecznej i niedopuszczenie do przebywania w niej ludzi, ewentualnie gaszenie pożarów wtórnych wzniecanych na ziemi. Problem potęguje wiatr, który nie tylko podsyca ogień, dostarczając tlen, ale też roznosi płonące szczątki na odległość setek metrów, czyniąc pożary turbin wiatrowych wyjątkowo niebezpiecznymi.

Nawet jeśli technicznie byłoby możliwe podanie środków gaśniczych, bezpieczeństwo ratowników wymaga wcześniejszego odłączenia dopływu energii elektrycznej, co wymaga czasu oraz specjalistycznej wiedzy. Po dotarciu na miejsce zdarzenia należy zwrócić szczególną uwagę na sposób ustawienia pojazdów pożarniczych, gdyż istnieje niebezpieczeństwo oderwania się uszkodzonych elementów turbiny, które mogą spowodować rozprzestrzenienie się pożaru wokół wieży turbiny.

Nowoczesne rozwiązania w prewencji i gaszeniu pożarów

Skoro strażak nie wejdzie na 100 metrów, turbina musi ugasić się sama. Kluczowym rozwiązaniem stają się automatyczne systemy tłumienia.

• Systemy aerozolowe: W ostatniej dekadzie wyparły ciężkie i problematyczne systemy wodne. Mechanizm działania jest czysto chemiczny: mikrocząsteczki soli potasu przerywają reakcję łańcuchową spalania, neutralizując wolne rodniki w płomieniu. Jest to rozwiązanie bezpieczne dla środowiska, a także wrażliwej elektroniki.
• Czyste czynniki gazowe: Alternatywą są tzw. czyste czynniki gazowe, jak Novec 1230 czy FM-200. Są one idealne do ochrony szaf sterowniczych, ponieważ nie pozostawiają żadnych osadów. Ich wadą jest jednak konieczność zachowania szczelności pomieszczenia, co w wentylowanych gondolach bywa trudne.

Inwestycja w automatyczne tłumienie to koszt rzędu 5 do 30 tysięcy dolarów. W zestawieniu z 8 milionami dolarów za utraconą turbinę, bilans wydaje się oczywisty. W 2008 roku zostały opublikowane wytyczne VdS 3523 odnoszące się do ochrony przeciwpożarowej turbin wiatrowych, które w znaczący sposób podniosły poziom bezpieczeństwa nowobudowanych obiektów.

Monitoring predykcyjny i wizja komputerowa

Przyszłość prewencji pożarowej nie leży już tylko w gaszeniu, ale w przewidywaniu. Systemy monitoringu predykcyjnego, takie jak ten stworzony przez amerykańską firmę Oxmaint, analizują dane SCADA w poszukiwaniu anomalii temperaturowych, zanim pojawi się dym. Algorytmy uczenia maszynowego (ML) potrafią wykryć wzrost temperatury łożyska o zaledwie 2°C trwający przez kilka dni. Dzięki estymacji pozostałego czasu bezpiecznej eksploatacji (RUL), operatorzy mogą zaplanować naprawę w oknie bezwietrznym. Pozwala to uniknąć awaryjnego hamowania, które samo w sobie jest ogromnym ryzykiem pożarowym ze względu na tarcie. Według deklaracji Oxmaintu, system wychwycenie zużycia łożyska przekładni na wczesnym etapie zmienia nagłą naprawę o koszcie 350 tys. euro w zaplanowany serwis, kosztujący 20 tys.

Kolejnym krokiem jest wizja komputerowa. Kamery AI zainstalowane wewnątrz gondoli potrafią z 95-procentową dokładnością wykryć dym, wycieki oleju czy pierwsze iskry. Systemy te działają w czasie rzeczywistym i mogą być instalowane na starszych jednostkach w ramach tzw. retrofittingu.

Aspekty prawne i finansowe ochrony przeciwpożarowej

W Polsce krajobraz prawny zmienia się dynamicznie. Nowelizacja przepisów odległościowych i odejście od sztywnej zasady 10H na rzecz 500 metrów od zabudowy stawia przed inwestorami nowe wyzwania. Ubezpieczyciele, tacy jak Allianz czy GCube, coraz rygorystyczniej podchodzą do audytów przeciwpożarowych. Istotne staje się spełnianie pewnych standardów czy norm, takich jak NFPA 850 ustanowiona przez amerykańskie National Fire Protection Association. Bankowalność (bankability) projektu wiatrowego zależy dziś od jakości systemów PPOŻ. Inwestorzy muszą zrozumieć, że ochrona przeciwpożarowa to nie koszt, ale polisa na ciągłość operacyjną. Pojedyncza turbina potrafi generować dochód ponad 0,5 mln dolarów rocznie. Każdy dzień, w którym system PPOŻ zapobiegł katastrofie, to realny zysk w portfelu właściciela.

Budowa i charakterystyka elektrowni wiatrowych

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:

• Fundamentu: Betonowy fundament w kształcie koła lub ośmiościanu o promieniu ok. 20 m, wkopany na głębokość ok. 3-5 m.
• Wieży: Najczęściej stalowa konstrukcja stożkowa, o przekroju koła o średnicy podstawy ok. 4-6 m (malejącej w kierunku wierzchołka) i całkowitej długości ok. 100-150 m.
• Gondoli: Element elektrowni wiatrowej, w którym istnieje największe ryzyko utraty życia i zdrowia, ponieważ znajduje się w niej większość urządzeń niezbędnych do produkcji energii elektrycznej.
• Wirnika: Najważniejsza część elektrowni wiatrowej, w której dokonuje się zamiana energii wiatru w energię mechaniczną. Osadzony jest na wale, poprzez który napędzany jest generator. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością 15-20 obr./min. W piaście wirnika umieszczony jest serwomechanizm pozwalający na ustawienie kąta nachylenia łopat.
• Generatora: Typowy generator asynchroniczny wytwarza energię elektryczną przy prędkości przekraczającej 1500 obr./min. Zwiększenie prędkości obrotowej uzyskuje się poprzez zastosowanie skrzyni przekładniowej.

Na szczycie wieży znajduje się również drugi silnik umożliwiający obrót gondoli o 360°. 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).

Awaryjne zatrzymanie turbiny i odłączenie zasilania

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. Należy pamiętać, że użycie wyłączników bezpieczeństwa wiąże się z wyzwoleniem ogromnej energii, powodującej odchylenie wieży nawet do dwóch metrów od pionu.

Znacznie bardziej skomplikowane jest odłączenie dopływu energii elektrycznej. Należy pamiętać, że zatrzymanie pracującej turbiny nie oznacza odcięcia zasilania. Producenci elektrowni wiatrowych stosują dwa rozwiązania:

1. Transformator na zewnątrz turbiny: W tym przypadku wewnątrz turbiny płynie prąd o napięciu 690 V, a odcięcie go wymaga jedynie wciśnięcia odpowiedniego przycisku wyłącznika znajdującego się przy transformatorze.
2. Transformator wewnątrz turbiny: 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.

Systemy komunikacyjne i ewakuacja pracowników

Wieże elektrowni wiatrowych wyposażone są w dwa systemy komunikacyjne umożliwiające dotarcie do gondoli:

1. System drabinowy: Wykorzystuje do asekuracji urządzenia samozaciskowe ze sztywną prowadnicą lub liną stalową, wyposażone w amortyzator.
2. Podest ruchomy: Jeden z rodzajów dźwigu osobowego poruszającego się po linach stalowych lub prowadnicach drabin, umożliwiający transport dwóch osób wewnątrz wieży.

W razie wystąpienia niebezpieczeństwa w gondoli pracownicy mają do wyboru kilka możliwości ewakuacji:

• Ucieczka do wieży i zejście po drabinie.
• Opuszczenie gondoli przez luk ewakuacyjny z wykorzystaniem urządzeń ratowniczych (zlokalizowane najczęściej w tylnej części gondoli, nad nimi znajdują się oznakowane żółtym kolorem stanowiska ratownicze).
• Zjazd z wykorzystaniem urządzenia ewakuacyjnego bezpośrednio z wnętrza wirnika (możliwe w niektórych elektrowniach).
• Ewakuacja z dachu gondoli.

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, jednak większość tych urządzeń może być 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.

Inne zagrożenia w elektrowniach wiatrowych

Drugim z najczęściej występujących zagrożeń w elektrowniach wiatrowych są katastrofy budowlane. Ich przyczynami bywają najczęściej: wady konstrukcyjne powstałe podczas procesu produkcyjnego, montażu lub eksploatacji, niestabilność gruntu oraz huraganowe wiatry. 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.

Współpraca i przyszłość bezpieczeństwa

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 sposobów powiadamiania, w wyniku których możliwe będzie opracowanie procedur ratowniczych.

tags: #elektrownia #wiatrowa #pozar