Minimierung des Brandrisikos in Windkraftanlagen

Um ein Feuer zu entfachen, braucht man drei Dinge: Brennstoff, Zündung und Sauerstoff. Und alle drei finden Sie in großer Menge in der Gondel einer Windkraftanlage.

Eine nach heutigen Maßstäben eher kleine 1,5-MW-Maschine kann immer noch bis zu 900 Liter Schmier- und Kühlöl enthalten. Die Gondel selbst, wahrscheinlich aus brennbarem faserverstärktem Kunststoff (FRP), wird Schalldämmmaterialien beherbergen, die ebenfalls brennbar sind. Eine Zündung kann durch fehlerhafte elektrische und elektronische Komponenten und Verbindungen oder durch Überhitzung mechanischer Teile verursacht werden. Und starke Winde, der Grund, warum die Turbine überhaupt dort steht, können garantiert den Funken anfachen und die Flammen anfachen.

Sobald es zu einem Brand kommt, kann man die vollständige Zerstörung der Anlage praktisch nicht mehr verhindern. Die abgelegene Lage vieler Windkraftprojekte führt dazu, dass die Feuerwehr oft nur langsam am Einsatzort ankommt, während die Höhe der Gondel jede sinnvolle Maßnahme zur Löschung des Feuers ausschließt. Das Beste, was man erwarten kann, ist, dass brennende Trümmer daran gehindert werden, Bodenbrände auszulösen.

Positiv zu vermerken ist, dass katastrophale Turbinenbrände selten sind – obwohl umstritten ist, wie selten sie sind. Der Versicherungsversicherer GCube sagt, dass er aus seinem globalen Portfolio von mehr als 30 GW im Laufe eines typischen Jahres mit drei oder vier Totalverlusten von Turbinen rechnet, die normalerweise durch Brände verursacht werden. Geht man von einer durchschnittlichen Nennkapazität von 1,5 MW aus, bedeutet das, dass etwa eine von 7.000 Turbinen pro Jahr in Flammen aufgeht.

Daniel Kopte, Experte für Sicherheitssysteme und Zertifizierung erneuerbarer Energien bei DNV GL, schätzt, dass weltweit im Laufe eines Jahres 120 Windkraftanlagen einen Brandschaden erleiden (nicht unbedingt einen Totalschaden). Geht man wiederum von einer durchschnittlichen Nennkapazität von 1,5 MW aus, bedeutet dies, dass etwa eine von 2.000 Turbinen in einem typischen Zeitraum von 12 Monaten einen Brandschaden erleidet. Das Verhältnis ist höher als das von GCube, da es sowohl beschädigte als auch völlig zerstörte Turbinen und wahrscheinlich einen größeren Anteil älterer Maschinen umfasst, die in Märkten mit weniger strengen Betriebs- und Wartungsvorschriften betrieben werden.

Es lässt sich jedoch nicht bestreiten, dass Turbinenbrände teuer sind. „Eine 2-MW-Turbine kostet mehr als 2 Millionen Pfund (2,8 Millionen Euro) und generiert einen geschätzten Ertrag von mehr als 500.000 Pfund pro Jahr“, sagt Kopte. Offshore-Turbinen – größer, komplexer und deutlich schwieriger zu reparieren oder zu ersetzen – verursachen im Brandfall deutlich höhere Kosten.

Standards und Richtlinien

Derzeit gelten verschiedene Normen und Richtlinien für Brandschutz- und Präventionssysteme für Windkraftanlagen. In Europa ist der Abschnitt 1.5.6 der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG der wichtigste, dem Windkraftanlagen entsprechen müssen. Darin heißt es: „Maschinen müssen so konstruiert und gebaut sein, dass jegliche Brand- oder Überhitzungsgefahr durch die Maschine selbst oder durch Gase, Flüssigkeiten, Staub, Dämpfe oder andere von der Maschine erzeugte oder verwendete Stoffe ausgeschlossen ist.“

„Im wahrsten Sinne des Wortes ist es äußerst schwierig, eine Maschine zu konstruieren, die jegliche Brandgefahr vermeidet“, sagt Jamie Scurlock, Leiter der Turbinentechnologie beim globalen Windentwickler RES. „Aber diese Überlegung sollte auf jeden Fall sicherstellen, dass die Designer alle Möglichkeiten und Eventualitäten berücksichtigen.“

Laut Scurlock legen Industriestandards nicht konkret fest, wie etwas gestaltet sein sollte, und legen auch keine Regeln fest, um einen angemessenen Schutz vor Gefahren zu erreichen, die die Sicherheit des Personals oder den Wert von Vermögenswerten beeinträchtigen könnten. „Brandschutz ist keine Ausnahme“, sagt er. „Aber es gibt verschiedene Sicherheitsrichtlinien, die wir einhalten müssen und die Mindeststandards festlegen.“ Eine weitere Schwierigkeit bei der Entwicklung von Produkten, die in mehrere Märkte geliefert werden sollen, besteht darin, dass sie auch unterschiedliche lokale Vorschriften einhalten müssen.

Hat das gebotene Maß an Brandschutz und -verhütung irgendeinen Einfluss auf die Wahl eines Entwicklers für eine Windkraftanlage für ein bestimmtes Projekt? „Wir haben Erfahrung mit vielen verschiedenen Turbinentechnologien und kein bestimmtes Design ist anfälliger für Brände als andere“, sagt Scurlock. „Für uns ist es jedoch wichtig zu wissen, wie der Hersteller das Brandrisiko in seinem Design berücksichtigt hat. Dies wird üblicherweise durch eine Design-Risikobewertung erreicht. Unsere Verträge sind so geschrieben, dass wir die Risikobewertung transparent machen können.“ Die daraus resultierenden Restrisiken werden auf Anfrage mitgeteilt. Sobald dieser Sicherheitsaspekt berücksichtigt ist, können wir die für das Projekt am besten geeignete Turbine auswählen, um den Anlagenanforderungen gerecht zu werden.“

Anforderungsprüfung

Im März stellte DNV GL seine SE0077-Zertifizierung für Brandschutzsysteme für Windkraftanlagen aus, ein Ersatz für eine „technische Anmerkung“, die 2009 vom Germanischen Lloyd (jetzt Teil von DNV GL) herausgegeben wurde. Dies unterstreicht, wie wichtig es für Turbinenhersteller ist, vorab zugelassene Komponenten und Systeme für den Brandschutz und die Brandverhütung zu verwenden, von Rauch- und Wärmemeldern bis hin zu Steuerungs- und Anzeigesätzen.

„Für eine Konformitätserklärung eines Brandschutzsystems führt ein anerkanntes unabhängiges Prüfinstitut die folgenden Schritte durch“, sagt Kopte. „Die Komponenten müssen verschiedene Tests in Laboren eines Mitglieds der European Fire and Security Group (EFSG) bestehen. Das System dieser Komponenten muss ebenfalls getestet werden, und der Installateur muss genehmigt werden, um sicherzustellen, dass das System so funktioniert, wie es ist.“ Dies sollte nach der Installation erfolgen. DNV GL prüft die Vollständigkeit, bevor die Konformitätserklärung ausgestellt wird.

„Für ein Brandschutz-Typenzertifikat führt DNV GL eine Bewertung der Schutzklasse durch und analysiert mögliche Brandrisiken“, sagt Kopte. Anschließend prüft es die Integration des Systems in die Turbine, gefolgt von Inspektionen und Funktionstests.

Scurlock betont die Rolle, die Windkraftanlagenbetreiber bei der Verhinderung von Turbinenbränden und der Maximierung der Personalsicherheit spielen sollten. „Im Allgemeinen wird die Brandgefahr durch gutes Design und den Einbau geeigneter Schutzsysteme wie Lichtbogenerkennung und -unterdrückung minimiert“, sagt er. Auch geeignete Erkennungsmittel wie Rauch- und Temperatursensoren und Kühlsysteme sowie sinnvolle Sanktionen wie die Abschaltung oder Reduzierung des Turbinenbetriebs sowie die Auslösung von Alarmen und die Benachrichtigung bei Temperaturüberschreitungen vordefinierter Grenzwerte sind von entscheidender Bedeutung. Fernüberwachung und -schaltung können die Gefahrenbelastung weiter reduzieren, beispielsweise durch den Einsatz eines Versorgungskabels zur Bedienung von Hochspannungsschaltanlagen aus sicherer Entfernung.

Schnelle Antwort

„Wir nehmen diese Restrisiken sehr ernst und haben mehrfach betont, dass es einigermaßen machbar wäre, die Schutz- und Alarmsysteme zu modifizieren, um die Sicherheit des Personals zu verbessern und das Risiko für die Anlage zu verringern“, sagt Scurlock. „Beispielsweise stellte RES fest, dass in der Turmbasis eines Entwurfs aufgrund der Art der dort befindlichen Ausrüstung Brandgefahr besteht. Unserer Meinung nach wäre ein Rauchmelder, der mit einem Alarm in der Gondel verbunden wäre, besser geschützt gewesen.“ Dies warnt das gesamte Personal vor der Gefahr auf der Einstiegsebene und ermöglicht es ihm, den alternativen Fluchtweg von der Gondel aus zu wählen. Der Hersteller stimmte zu und integrierte diese Änderung in sein Standarddesign.“

„Heiße Arbeiten“ – Wartungsarbeiten innerhalb der Gondel – können zu Turbinenbränden führen, manchmal mehrere Stunden nach Abschluss der Arbeiten. Eine schnelle und koordinierte Reaktion, bei der die Sicherheit der Menschen an erster Stelle steht, ist der Schlüssel, sagt Scurlock.

„In jedem Notfall besteht unsere Reaktion aus dem Team des Kontrollzentrums, das Anlage und Personal rund um die Uhr überwacht, hochprofessionellen, standortorientierten Managern und einer Expertenabteilung für Gesundheit, Sicherheit, Qualität und Umwelt (HSQE)“, sagt er. „Sie befolgen eine detaillierte und sorgfältig ausgearbeitete Reihe von Verfahren, mit denen das Personal lokalisiert und bei Bedarf die Evakuierung koordiniert werden kann. Durch das Testen dieser Reaktionen mit Kunden, Auftragnehmern und Rettungsdiensten werden die Verfahren verfeinert und das Personal auf alle Eventualitäten vorbereitet.“

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