de dossiers van de Loss Prevention Unit
windturbines on shore
verzekeringen anders bekeken
Op 19 september 2010 sloeg in het Franse departement “la Drôme” een windturbine op hol na een felle windvlaag waarna deze in brand vloog. De oorzaak van het schadegeval lag bij de automatische hydraulische rem die niet naar behoren zou hebben gewerkt. Waarschijnlijk was een sensor niet goed aangesloten waardoor de reële gegevens niet geregistreerd werden. Enkele mechanische onderdelen raakten oververhit en dat leidde tot de ontbranding van de gondel. Bovendien brachten de sterke trillingen van de installatie ernstige schade toe aan de fundering van de mast . De vervanging van de windturbine nam vele maanden in beslag. De materiële schade bedroeg 4.700.000 euro, te verhogen met de bedrijfsschade die echter niet verzekerd was. Dit voorbeeld toont aan dat deze nieuwe vorm van energieproductie risico’s met zich meebrengt en ook schadegevallen die ernstiger zijn dan men wel zou denken. Maar wat is nu een windturbine en welke zijn de risico’s? Dit dossier moet enige klaarheid scheppen.
Wat is een windturbine? Een windturbine is een installatie die de kinetische (bewegings) energie van de wind omzet in mechanische energie en vervolgens in elektrische energie. Dit dossier heeft betrekking op windturbines met een gemiddeld en groot vermogen. Zij worden ook het meest op industriële schaal geëxploiteerd en de meeste types zijn met een horizontale as uitgerust.
Een windturbine bestaat uit de volgende hoofdonderdelen: • de mast plaatst de rotor op een voldoende hoogte om rotatie mogelijk te maken in een zone met sterkere en meer regelmatige wind dan op de grond. De mast draagt de gondel en rotor. Soms zit in de mast een deel van de elektrische/elektronische uitrusting verwerkt. De kabels, die de elektriciteit naar het net transporteren, bevinden zich altijd in de mast. Deze laatste bestaat meestal uit metaal en/of nagespannen beton en wordt verankerd op een fundering, vaak samengesteld uit een zwaar gewapend betonnen voetstuk op funderingspalen. • de gondel bevindt zich bovenop de mast en deze bevat de mechanische, hydraulische, pneumatische en elektrische/elektronische onderdelen. De gondel draait met de windrichting met de hulp van de kruimotor. • de rotor (A) bestaat uit meerdere rotorbladen (meestal 3) en de neus van de windturbine. De rotor is aan de gondel bevestigd. Deze draait door de kinetische (bewegings)energie van de wind en zet die om in mechanische energie. De technologie van de rotorbladen komt uit de luchtvaart. Tegenwoordig worden ze uit composietmaterialen (polyesterhars en glas- of koolstofvezel) vervaardigd. • de generator (B) zet de mechanische energie geproduceerd door de rotor om in elektrische energie. De draaisnelheid van de rotor (12 tot 16 t/min) is echter onvoldoende voor de goede werking van de generator (1.500 tot 2.000 t/min). Daarom wordt er tussen de rotor en de generator een mechanisch systeem, de multiplicator (C), geplaatst. • bijbehorende elementen zoals: • de elektronische vermogensomvormer (D) stemt de frequentie van de door de windturbine geproduceerde stroom af op die van het elektriciteitsnet waarop de turbine is aangesloten (50 Hz in Europa). Tevens laat hij de rotor toe om op verschillende snelheden te draaien, afhankelijk van de windkracht;
F A
B
D
C
E
beeld © Repower Systems SE
• de transformator (E) bevindt zich in de gondel of in het onderste gedeelte van de mast. Hij zet de door de generator opgewekte spanning (600 tot 1.000 V) om naar die van het aangesloten elektriciteitsnet (15.000 tot 30.000 V). Een distributiepost, die de geproduceerde elektrische energie in het netwerk injecteert, maakt de installatie compleet.
De windturbine is voorzien van automatische systemen om: • de rotor dwars op de windrichting te oriënteren en dit om zoveel mogelijk aandrijvingskracht op te vangen (yaw system); • de invalshoek van de rotorbladen (pitch) ten opzichte van de wind te wijzigen. Enerzijds optimaliseert dit de draaisnelheid van de rotor (hogere energiewinning) en anderzijds vermindert het de draaisnelheid als de wind te fel is; • de rotor volledig stil te leggen via een automatische rem (F). Dankzij deze automatische systemen in combinatie met een condition monitoring system op afstand is de veilige werking van de windturbine continu gewaarborgd. Indien nodig kan deze zeer snel automatisch worden stilgelegd. Windturbines functioneren bij windsnelheden die variëren van +/- 15 km/u tot +/- 90 km/u (verhoogd tot 120 km/u voor sommige types). Bij snelheden van meer dan 90 km/u ontstaan bij de meeste turbines veiligheidsproblemen maar treedt er ook abnormale slijtage en materiaalmoeheid op. De belangrijkste eigenschap van een windturbine is haar vermogen. Dat vermogen, uitgedrukt in MW, staat in rechtstreeks verband met de hoogte van de turbine en hoofdzakelijk met de rotordiameter. Tot voor kort hadden de windturbines een vermogen van 1,5 tot 2 MW. Tegenwoordig worden er al types van 5 tot 7 MW en met een rotordiameter van meer dan 100 m gemaakt. De bouw- en installatiekosten van dergelijke turbines zijn uiteraard naar verhouding.
Wat zijn de voornaamste schadegevallen? In dit dossier behandelen we enkel de schade aan de installaties en hun gevolgschade. De materiële schade aan derden en personen wordt buiten beschouwing gelaten. De meest voorkomende oorzaak van schade is het verlies van een rotorblad of een deel ervan veroorzaakt: • door een zwakke plek in de structuur van het rotorblad of in de bevestiging met de naaf (verbinding tussen de rotorbladen en de as), of door een te grote snelheid van de windturbine. • Wegens het uitvallen van het beveiligingssysteem bij felle wind leidt een te grote snelheid al vlug tot een onaanvaardbare druk op de rotorbladen en hun bevestiging met de naaf. De gevolgen kunnen beperkt blijven tot het loskomen van een deel van het rotorblad. De bijkomende druk en trillingen kunnen echter ook de andere rotorbladen en gondel uit evenwicht brengen, waardoor de hele turbine vernield kan worden.
Blikseminslag kan, ondanks de beschermingsmaatregelen, de mast zelf treffen, meestal met negatieve gevolgen voor al het aanwezige elektrische materieel, en tot brand leiden. De rotorbladen bouwen statische elektriciteit op en kunnen eveneens door de bliksem getroffen worden. Dit kan tot de explosie van een rotorblad leiden aangezien deze voornamelijk uit een holle huls van composietmateriaal bestaat. Ook abnormale verhitting van de mechanische onderdelen kan grote schade veroorzaken. Het ontbreken van smering, het falen van het koelsysteem, een ongewenst hoge rotatiesnelheid voor de generator of multiplicator kunnen het noodremsysteem oververhitten of de productie van vonken tot gevolg hebben. In combinatie met olielekken ontstaat er een mogelijk brandrisico. Bijzondere weersomstandigheden kunnen incidenten veroorzaken, zoals ijsafzetting op de rotorbladen. Daardoor kunnen stukken ijs naar beneden vallen of worden weggeslingerd. Dit kan ook het evenwicht verstoren met schade tot gevolg aan de gehele structuur of een gedeelte ervan. Het niet naleven van de exploitatie- en onderhoudsregels (onvoldoende gecontroleerde punten, te onregelmatige controles, ontbrekende controle na werkzaamheden …) heeft al meerdere schadegevallen veroorzaakt.
De onderhoudsperiodeis een ander kritiek moment. Het uitvoeren van werkzaamheden met open vlam / met oliën en het uitschakelen van veiligheidssystemen worden eveneens als verzwarende omstandigheden aanzien.
Materiële schade De voornaamste schades zijn breuken (o.a. van de mast, rotorbladen en mechanische onderdelen), brand, schade aan de fundering... veroorzaakt door storm, vorst, blikseminslag, oververhitting en inwerking van de elektriciteit. Windturbines onderscheiden zich van andere – traditionele of alternatieve – energieproducerende installaties door een verhoogd risico op totaal verlies. De redenen van deze kwetsbaarheid zijn o.a: • de sterke concentratie van waardevolle onderdelen in de gondel; • de aanwezigheid van potentiële ontstekingsbronnen in de gondel; • de directe blootstelling aan natuurverschijnselen (bliksem, storm, hagel, vorst …); • de geautomatiseerde werking enkel met een condition monitoring system op afstand, dus zonder menselijke aanwezigheid; • de onmogelijkheid om de brand manueel te bestrijden wegens onder meer de moeilijke bereikbaarheid (afgelegen locatie, hoogte).
Wat de aard en de omvang van het schadegeval ook is, de wederopbouw kan even veel of zelfs meer kosten dan de oorspronkelijke opbouw.
Bedrijfsschade of Opbrengstverlies De materiële schade leidt meestal tot een lange periode van stilstand van de installatie, met aanzienlijke financiële gevolgen. Nog andere factoren hebben invloed op deze onderbrekingsperiode: • de toestemming van de lokale overheden; • de nabijheid van de fabrikant en/of de hersteller; • de toegankelijkheid van de site voor laad- en losmaterieel; • de snelle evolutie van de technologie, waardoor de vervanging van sommige onderdelen moeilijk of zelfs onmogelijk kan zijn.
Voornaamste preventiemaatregelen De preventiemaatregelen gelden zowel voor de windturbines als voor de bijbehorende uitrustingen (distributiepost, netkabels …). De tabel op de laatste pagina geeft een ruim, maar niet volledig overzicht van de preventiemaatregelen tegen de voornaamste risico’s. We vestigen uw aandacht op enkele materiële maatregelen: • het gebruik van onbrandbare materialen en van oliën met een hoog vlampunt; • de installatie van een snel en uitgebreid branddetectiesysteem dat minstens alle kritieke punten bestrijkt (de bedieningskasten, de omvormer, de generator, de transformator, de verhoogde vloeren met kabels en leidingen …). Deze systemen moeten hun informatie overseinen (naar een meldcentrale) en voor de juiste sturing zorgen om de veiligheid van de windturbine te waarborgen; • de plaatsing van automatische blussystemen die de volledige gondel of minstens de hiervoor vermelde kritieke elementen beschermen. De transmissie- en sturingsprincipes zijn gelijkaardig als die voor de branddetectie; • de gepaste bescherming tegen bliksem op het niveau van de gondel, de rotorbladen en de voornaamste elektrische onderdelen. Goede materiële maatregelen hebben enkel nut in combinatie met een goede monitoring, een permanente controle van de voornaamste parameters (olietemperatuur, stroomsterkte …), gecombineerd met een automatische stillegging van de windturbines en een volledige ontkoppeling van het elektriciteitsnet. De kwaliteit en de juiste frequentie van het preventieve onderhoud van de windturbines dragen ook in sterke mate bij aan de veiligheid en het behoud van de uitrustingen. Dit gebeurt meestal volgens de voorschriften van de fabrikant, maar kan eventueel vaker of grondiger gebeuren om de werkingsveiligheid te verhogen. Dit onderhoud moet minstens een analyse van de oliën, een trillingsanalyse van de draaiende onderdelen, een thermografische analyse en elektrische controles omvatten. • analyse van de oliën: windturbines hebben veel smeermiddel nodig. Analyse van de oliën kan afwijkingen aan het licht brengen, zoals slijtage door wrijving of vervuiling door interne of externe deeltjes. • trillingsanalyse: de draaiende onderdelen van de windturbine zijn onderhevig aan belangrijke spanningen. Dit kan op termijn tot abnormale trillingen leiden, die ernstige storingen of materiaalbreuk tot gevolg kunnen hebben. Deze trillingen kunnen zich in de volledige structuur voortzetten en zelfs de fundering aantasten. De voornaamste defecten die uit een trillingsanalyse naar voren kunnen komen, zijn niet correct uitgelijnde assen, beschadiging van de koppelingen en slijtage van de lagers. • thermografische analyse: hiermee kan tijdens de normale werking van de windmolen oververhitting van mechanische aard (rotor, multiplicator, aandrijfas) of van elektrische aard (motoren, alternator, panelen, transformator, condensators, kabels …) worden vastgesteld.
Besluit Het invoeren van reglementen en normen (bv. Guidelines CFPA-Europe, IEC-61400-1, …) zou kunnen doen denken dat de huidige windturbines «veiliger» zijn dan die van de vorige generatie. De kans op een groot schadegeval blijft echter zeer reëel. Elk project moet daarom grondig worden geanalyseerd en geëvalueerd volgens verzekeringscriteria. Het invoeren van de vermelde preventiemaatregelen en van maatregelen inzake risicobeheer kan de frequentie of de ernst van schadegevallen aanzienlijk beperken. Het valt te betreuren dat de meeste beschermings- en/of preventiemaatregelen vaak opties zijn die geen deel uitmaken van het basisaanbod van de fabrikanten. Ze zouden vanaf het begin van de studie deel moeten uitmaken van het geheel. De installaties zijn immers zo compact en complex dat wijzigingen achteraf moeilijk aan te brengen zijn.
Overzicht van risico’s en preventiemaatregelen Montage- en testperiode Mogelijke risico’s Bodembewegingen
Mogelijke beschermingsmaatregelen Bodemtest op het niveau van de fundering, stabilisering en/of steenslagverharding van de toegang voor bouwmachines Vrijmaken van een zone, aangepast aan de afmetingen van de wieken Verificatie van de cartografie van de zone
Omgeving (vegetatie, bestaande gebouwen) Geografische ligging (overstroombare zones, seismische zones, tornado’s, bliksem, zout, vorst ...) Fabrikant / monteur Controle van de bouwreferenties, afhankelijk van de complexiteit van de montage (bv. rotorbladen uit een of meerdere stukken) Kabels en uitrustingen naar het elektriciteitsnet Beperking van het aantal te monteren elementen gedurende één werkdag – Beperking van de lengte van de open bouwput Vandalisme Analyse van de incidentiestudie
Exploitatieperiode: externe risico’s Mogelijke risico’s Omgeving (vegetatie, brand) Geografische ligging (seismische zones, overstroombare zones …) Storm
Hagel Vorst / ijs Bliksem Corrosie (zoute omgeving – van elektrische herkomst) Botsing van luchtvaartuigen + vogels Botsing van landvoertuigen Vandalisme/Aanslag (schade aan de rotorbladen en aan de cabine) Onderhouds- en herstellingswerken Uitval van het openbare stroomnet
Preventiemaatregelen Bodem onbrandbaar maken door onderhoud van de omgeving binnen een veiligheidsperimeter afgesteld op de rotordiameter Verificatie van de cartografie van de zone, bescherming van het materieel aan de voet van de mast (hoger of in de gondel geplaatst) Oriëntatie van de rotorbladen: actief systeem voor de regeling van de invalshoek van de rotorbladen (pitch), kwaliteit van de rotorbladen (gebruikte materialen), onderbreker, werkingsbeveiliging in stormmodus Rekening houden met de maximumsnelheid van de wind voor het formaat Materiaalkeuze voor de rotorbladen Verwarming van de rotorbladen, continue meting van evenwichtsverstoring met automatisch remsysteem Evaluatie van de maximale risico’s volgens de norm IEC 62305. Het risico-onderzoek moet de gondel, de rotorbladen en de installaties op de grond omvatten, met inbegrip van de aansluiting op het netwerk Materiaalkeuze (staal, composietmateriaal) / systeem ter vermijding van vocht bij technische uitrustingen / kathodebescherming Aanvliegzones luchthavens, ornithologisch onderzoek Exploitatievoorschriften voor de sites / nabijgelegen percelen – afsluitingen Indringingsalarm en mechanische bescherming van de toegangen tot de uitrustingen Brandvergunning, personeelsopleiding, eerste-interventiemiddelen, aanwezigheid en controle van een ingebouwd heftoestel Werking mogelijk bij kortsluiting tijdens micro-onderbrekingen (2 tot 3 sec.) Automatische ontkoppeling / stillegging / heropstart / heraansluiting bij langdurige uitval Noodvoeding van de regelings- / controle-uitrustingen
Exploitatieperiode: interne risico’s Mogelijke risico’s Brand
Elektriciteit – Explosie met elektrische oorzaak
Bliksemoverspanning Elektromagnetische fenomenen Zwerfstroom (harmonisch …) Hydraulische en mechanische breuk (verhitting, lekkage) Trillingen
Gebruikt materiaal Koelsysteem Smeersysteem Gebrek aan toezicht Gebrek aan onderhoud Veroudering van de installatie Op hol slaan (uitvallen van het remsysteem) Synchronisatie met het netwerk
Preventiemaatregelen Eerste-interventiemiddelen, automatisch branddetectiesysteem, conform automatisch blussysteem (CO2, edelgas, waterspray …), juiste sturing (beveiliging van de windmolen), compartimentering met brandschermen (bv. transfo) Jaarlijkse controle door gecertificeerd orgaan (HS, LS, kaliber hoofdstroomonderbreker, diëlektrisch, thermografisch onderzoek) Type transformator en condensatoren (droog, olie) – Kwaliteit van de isolatie van de stroomkabels Algemene invoerbescherming (vonkbruggen), aangevuld met “fijne”-beveiliging op het niveau van de verschillende uitrustingen Elektromagnetische bescherming en compatibiliteit van de regelings- en detectieonderdelen Aanbrenging van filters Analyse van de oliën, retentie, oliekeuze Continue meting op het niveau van de rotor, de rotorbladen, de multiplicator, de generator, de mast … - toezicht op afbladderen van de rotorbladen, betrouwbaarheid van de bevestigingselementen van kabels en leidingen Gedrag bij brand (kunststoffen, isolatiemiddelen …), kwaliteit van de kabels (rookschade …) Controle van de lokale en omgevingstemperaturen – controle van de werking van het kunstmatige ventilatiesysteem Continue meting van de druk, de temperatuur en de niveaus Telebewaking (controlroom): doorspelen aan wie, interventieprocedure, interventietermijn, 24-uurspermanentie Onderhoudscontract met vermelding van reikwijdte, controle van de toestand van de rotorbladen, controle van de lasnaden, nabespanning, verticaliteit, trillingsmetingen Leeftijd van het materiaal en eventuele upgrades Snelle beveiliging (hoek van de rotorbladen en oriëntatie van de rotor) + elektrische noodvoeding mechanische rem Geleidelijk onder stroom stellen met handhaving van toelaatbare vermogensschommelingen
800.03.76 - 01-2012 V.U. Camille Gillon, AXA Belgium nv, Vorstlaan 25 - 1170 Brussel
www.axa.be AXA Belgium, NV van verzekeringen toegelaten onder het nr. 0039 om de takken leven en niet-leven te beoefenen (KB 04-07-1979, BS 14-07-1979) Maatschappelijke zetel: Vorstlaan 25 - B-1170 Brussel (België) Internet: www.axa.be – Tel. : (02) 678 61 11 – Fax: (02) 678 93 40 KBO nr: 0404.483.367 RPR Brussel
