Diagnóstico del riesgo y medidas de protección para incendios en turbinas eólicas Autor: Rafael Torres Silva Tutor: Prof. Dr. Ricard Bosch Tous 02 de Noviembre de 2016

Introducción Capacidad instalada del sector eólico en el mundo (GW)

Casos reales de incendios en turbinas eólicas Número de casos de incendios en parques eólicos de 1970 - 2016 (Fuente: CWIF) Media de 18 incendios al año. Estos valores tienden a crecer con el aumento del número de aerogeneradores en el mercado. Varios con perdidas de vidas humanas. Dificultad de combatir el fuego debido a la altura del aerogenerador y desprendimiento de partes en llamas.

Pérdidas económicas causadas por incendios Aerogenerador de2MW Incendio Nuevo Aerogenerador ~3,000,000€ Ingresos anuales generados ~700,000€/turbina Tiempo de Reemplazo: 9 a 12 meses Total ~ 3,700,000€/accidente

Materiales combustibles en turbinas eólicas Puntos donde se concentran fluidos inflamables Transmisión y Generador Eje del rotor Control de paso Control de orientación

Normas y certificados internacionales Parlamento Europeo Directiva 2006/42 / CE - Define los estándares que las máquinas en general deben cumplir incluido aerogeneradores y sus componentes DNV GL - Det Norske Veritas SE0077 - Sistemas de detección y extinción tienen que superar diferentes pruebas realizadas por laboratorios de un miembro de la European Fire Security Group (EFSG).

Guías de Buenas Prácticas National Fire Protection Association NFPA 850 - Identificación y Protección de los peligros para Instalaciones de Generación Eólica Instituto Nacional de Seguridad e Higiene NTP 1022, 1023 y 1024 - Describen las principales medidas de prevención y protección durante el mantenimiento de aerogeneradores

Riesgos principales Caída de rayos Fallos mecánicos e hidráulicos Fallo en las instalaciones eléctricas

Caída de rayos Aerodinámica de las palas Efecto Bernoulli

Caída de rayos Ley de Paschen Tensión de ruptura

Dispositivo avisador de rayos Información meteorológica en tiempo real Evitar accidentes Suspender el mantenimiento cuando el riesgo sea alto Parar la generación

Riesgos principales Caída de rayos Fallos mecánicos e hidráulicos Fallo en las instalaciones eléctricas

Fallos mecánicos e hidráulicos Engranajes Sobrecalentamiento de cojinetes Fatiga Uso de aceites incorrectos Temperatura de aceite incorrecta Vibraciones Sobrecarga

Fallos mecánicos e hidráulicos Frenados Paradas de emergencia

Riesgos principales Caída de rayos Fallos mecánicos e hidráulicos Fallo en las instalaciones eléctricas

Fallo en las instalaciones eléctricas Fallo en la tierra Cortocircuitos Arcos eléctricos Disyuntores Inversores Capacitores Filtro de harmónicos Sistemas de control Baterías Transformadores

Fallo en las instalaciones eléctricas Baterías de plomo-ácido Bien mantenidas Bien ventilado Producción de H2 Cortocircuito en las baterías del sistema de control de paso ( Vensys 62 de 1.2MW )

Fallo en las instalaciones eléctricas Fenómeno de resonancia Harmónicos Altos valores de corriente Sobrecalentamiento

Fallo en las instalaciones eléctricas Disyuntores Sobrecargas Conexiones atornilladas Vibraciones

Medidas de protección Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Protecciones contra rayos Descargas Negativas Descargas Positivas

Protecciones contra rayos Vestas V90 de 3MW Clase I 7 receptores R42m, R39m, R35m, R30m, R25m, and R20m Conductor de cobre de 50 mm2 Banda de acero

Protecciones contra rayos Unidad de Transferencia de Corriente proveniente de Rayos, (UTCR) Conductores de latón instalados en el cuerpo de la torre

Protecciones contra rayos Parte posterior de la góndola Anemómetros Luces de aviación Anillo de acero que está conectado al chasis de la góndola Pararrayo

Protecciones contra rayos Sistemas de conexión a tierra Fundación de la torre como su referencia de tierra Dos cables paralelos de 1x50mm2 de la tierra conectan la base de la torre al topo

Protecciones contra rayos Palas atingidas fuera de la zona de los receptores Penetra la pala y se crea un arco dentro Presión y la temperatura elevadas Daños considerables

Sistemas de protección pasivos Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Los disyuntores compactos Fusibles de protección de semiconductores Dispositivos de vigilancia de corriente diferencial Dispositivos de medida de corriente residuales Cables PVC por Barras colectoras

Sistemas de protección pasivos Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Recubrimientos de protección Resinas retardantes Amplio uso en construcción civil Fibra de vidrio y carbono Hasta 120 min de resistencia Uso no obligatorio

Sistemas de protección pasivos Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Mantenimiento Periodicidad Nivel de calidad Frecuente Sistema de transmisión Devanados del generador Transformador Sistemas hidráulicos Cojinetes Mantenimiento de las palas Vehículo aéreo no tripulado

Sistemas de protección pasivos Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Formación Error humano es todavía una de las principales causas de los accidentes Cómo funcionan los sistemas de extinción Rutas de salida Entrenamientos regulares de evacuación Evitar llevar posible fuentes de ignición o material combustible Ropas sucias de aceite o solventes No fumar

Sistemas de protección pasivos Protección contra rayos Minimizar los riesgos en los sistemas eléctricos Recubrimientos de protección contra Incendios Mantenimiento Formación Evitar fuentes de ignición Evitar trabajos que impliquen riesgos de incendio Seguros

Seguros Seguro de la propiedad Seguro de la garantía Modalidad todo riesgo Rotura de maquinaria Cortocircuitos Tempestades Incendios Seguro de la garantía Normalmente por 5 años Solo cubre los costes de la pieza defectuosa

Seguros Estímulo activo de las aseguradoras WindPro Métodos de reducción de riesgo WindPro 20% de sus reclamaciones accidentes con fuego €4 millones anualmente Instalar sistemas de prevención y extinción Descuentos en las primas Se recuperaría 5 a 7 años Vida útil de 20 años

Sistemas de protección activos Detección Monitorización de la instalación Sistemas de extinción de incendios La desactivación de las instalaciones

Detección Detectores de llama por infrarrojos 3 sensores Detectar el CO2 Longitudes de onda específicas No son muy habituales para aplicaciones dentro de los aerogeneradores

Detección Detectores de humos lineales Principio de la reflexión Rayos infrarrojos Puede monitorizar una distancia de 5-100m Más indicados para almacenes y lugares donde el techo sea muy alto

Detección Detector de Humo por Aspiración Continuo Dos longitudes de onda diferentes Infrarrojo y el azul Diferenciar partículas de humo, polvo y vapor Buena fiabilidad

Detección Detector de llamas multi-sensores Solución más avanzada Sensores infrarrojos Detector de temperatura Detector de CO Fuegos lentos

Sistemas de protección activos Detección Monitorización de la instalación Sistemas de extinción de incendios La desactivación de las instalaciones

Monitorización de la instalación Detección debe estar conectada a un sistema de monitorización Controlado de manera remota Conexión de internet VPN Se instalan sistemas de comunicación en la góndola y en el pie de la torre Conectados pero funcionan de manera autónoma Sistema SCADA de control Ethernet Fibra óptica Radio

Sistemas de protección activos Detección Monitorización de la instalación Sistemas de extinción de incendios La desactivación de las instalaciones

Sistemas de extinción de incendios Sistemas de gas CO2, argón o nitrógeno Sistemas fiables Desplazan el oxígeno Sistemas de agua Regadera, pulverizada, nebulizada o espumas. Enfriar el local del incendio Controlar las llamas Polvos o aerosoles No son adecuados

Sistemas de extinción de incendios Sistemas de tubos termosensibles y fluido a presión 3M NOVEC 1230 + N2 @195PSI Simple No depende de electricidad para la detección Robusto Muy poco o ningún tipo de mantenimiento No se ve afectado por la variación de la temperatura, vibraciones u otros contaminantes Puede actuar desde pequeños espacios como armarios de control, o bien en los frenos del aerogenerador o en el transformador

Sistemas de extinción de incendios Sistemas de actuación directa Sistema de actuación indirecta

Sistemas de extinción de incendios Disposición para la instalación

Sistemas de protección activos Detección Monitorización de la instalación Sistemas de extinción de incendios La desactivación de las instalaciones

La desactivación de las instalaciones Sistemas mecánicos eléctrico y hidráulico deben ser apagados Aerogenerador desconectado de la red de distribución automáticamente Excepciones Luces de emergencia Sistemas de información de emergencia Fuente autónoma de alimentación Seguro para evitar reconexiones No deben depender de una lógica de control

Análisis casuística Caso 1 – Caída de Rayo Caso 2 – Fallo Mecánico Caso 3 – Mantenimiento deficiente Caso 4 – Fallo en la instalación eléctrica

Caso 1 - Caída de rayo Aerogenerador 2 MW Pala fue atingida Mantenimiento deficiente Residuos de aceite del sistema de paso Góndola se incendió por consecuencia Pérdida 2,000,000€

Caso 2- Fallo mecánico Aerogenerador de 1,5MW Fallo en el anillo colector del ventilador del generador Pérdida 800,000€

Caso 3 – Mantenimiento deficiente Disyuntor Sobrecalentamiento conexiones atornilladas Mala instalación Mantenimiento deficiente Vibraciones 1 MW, Pérdida 500,000€.

Caso 4 - Fallo en las instalaciones eléctricas Canunda, Australia Incendio durante el mantenimiento Fallo eléctrico Falta de formación Pérdida 2,000,000€.

Conclusiones y futuras investigaciones Diagnosticado las causas más comunes de incendio Medidas de prevención La importancia del mantenimiento Pueden aumentar los números de incendios Pérdidas económicas significativas Offshore Difícil acceso Instalación sistemas de extinción Interés del propietario y de la aseguradora Reducción de primas

Muchas Gracias!