Transcript Nu släcker vi ljuset med aktiv hinderbelysning

Examensarbete 15 P
Datum 2012-03-16
Nu släcker vi ljuset med
aktiv hinderbelysning
Bild: Vattenfall
Elev: Magnus Persson
Handledare: Anna Josefson
Sammanfattning
Hinderbelysningen på vindkraftverken utgör en viktig säkerhetsfunktion
som varnar flyg för de höga vindkraftverken.
I mitt examensarbete kommer ni att kunna ta del av grundkriterierna för
vindkraftsverkens hinderbelysning. Du kommer även kunna ta del av
information som beskriver ett radarsystem som gör det möjligt att släcka ner
vindkraftverkens hinderbelysning då det inte föreligger någon fara för
flygtrafik. Denna typ av teknik medför en mängd fördelar som ni kommer
att få ta del av i mitt examensarbete.
Abstract
Obstacle illuminations on the wind turbines are an important safety feature
that’s alert pilots in aircrafts of the high wind turbines.
In my exam paper you will be able to obtain the basic criteria’s for the wind
turbines obstacle illumination. You will also be able to obtain information
that describes a radar system that makes it possible to shut down the wind
turbines obstacle illumination when there is no danger for the air traffic.This
type of technology involves a lot of advantages that you will take part of in
my exam paper.
Innehållsförteckning
1. Inledning ......................................................................................................1 2. Syfte..............................................................................................................1 3. Material och metod.....................................................................................1 4. Resultat ........................................................................................................2 4.1 Hinder belysning...........................................................................................2 4.1.1 Allmänna bestämmelser och råd för föremål som kan utgöra en fara för
luftfarten...................................................................................................................2 4.1.2 Vindkraftverk under 150 meter .................................................................3 4.1.3 Vindkraftverk över 150 meter....................................................................3 4.2 Aktiv hinderbelysning...................................................................................3 4.2.1 Vad är aktiv hinderbelysning för något? ..................................................3 4.2.2 Funktion ....................................................................................................4 4.2.3 Säkerhet.....................................................................................................4 4.2.4 Exempel .....................................................................................................4 4.2.5 Installation ................................................................................................5 4.2.6 Kostnader ..................................................................................................7 4.2.7 Fördelar ....................................................................................................7 4.2.8 Nackdelar ..................................................................................................7 4.2.9 Framtidsutsikter för systemet....................................................................8 4.2.10 Leverantörer..............................................................................................8 5. Slutsatser......................................................................................................8 Källförteckning ......................................................................................................9 1.
Inledning
Jag studerar till vindkraftstekniker offshore på CFL här i Söderhamn. I vår
utbildning ingår kursen examensarbete, vårt examensarbete måste handla
om något inom området vindkraft.
Jag har valt att skriva om ett system som aktivt styr hinderbelysningen på
vindkraftverk.
Systemet jobbar med radarteknik för att upptäcka flygtrafik. Systemet
tänder vindkraftverkets hinderbelysning som varnar piloten då det föreligger
fara för flygtrafiken.
Hinderbelysningen på vindkraftverken syns långväga och kan vara ett
stötande moment för de närboende kring vindkraftverk och
vindkraftsparker.
Vindkraftverken blir allt högre och större för att kunna producera mer
elektricitet till konsumenterna.
Det ställs då krav på högintensiv hinderbelysning med vitt blinkande ljus för
vindkraftverk med en totalhöjd på över 150 meter som kommer att bli allt
vanligare i framtiden.
Med aktiv hinderbelysningskontroll så kan det bli lättare att etablera nya
högre och större vindkraftsparker.
2.
Syfte
Syftet med mitt examensarbete är att lära mig mer om grundkraven för
hinderbelysning och sprida den kunskapen. Jag kommer även att fördjupa
mig i en teknisk lösning som gör det möjligt att släcka hinderbelysningen då
den inte behöver vara påslagen.
Allt för att minimera ljuset från vindkraftverkens hinderbelysning utan att
försämra säkerheten för flygtrafiken. Vindkraftverkets hinderbelysning kan
vara störande för närboende. Radarsystemet för aktiv
hinderbelysningskontroll kan vara en bra lösning på detta problem.
3.
Material och metod
Jag har valt att samla information ifrån olika rapporter och presentationer
som ligger ute på internet. Jag har även haft mejlkontakt med människor i
branschen.
1
4.
Resultat
4.1
Hinder belysning
4.1.1 Allmänna bestämmelser och råd för föremål som kan utgöra
en fara för luftfarten
Transportstyrelsen är den myndighet som bestämmer vad som gäller för
markering av föremål som kan utgöra en fara för flytrafik. Alla dessa regler
och föreskrifter finns att tillgå på transportstyrelsens hemsida under TSFS
2010:1551
Vindkraftverk skall vara markerade med vit eller ljusgrå färg och vara
försett med hinderbelysning om vindkraftverket överstiger en totalhöjd på
45 meter. Vindkraftverkets hinderbelysning skall placeras på den högsta
fasta punkten på vindkraftverket, - det vill säga på maskinhuset.
Ljuset ifrån hinderbelysningen skall vara synligt 360grader i det horisontella
planet med en vinkel på 0 grader ±1 grad. Upp till max 50 grader plus ifrån
det horisontella planet. Är det möjligt så bör hinderbelysningen i en
vindkraftspark synkroniseras för att minska störningarna för omgivningen.
Transportstyrelsen kan medge undantag ifrån föreskrifterna i TSFS
2010:155.
Den som ansvarar för driften av vindkraftverket är också ansvarig för att
hinderbelysningen fungerar och uppfyller de krav som ställs. Blir det ett fel
på hinderbelysningen så måste det omedelbart åtgärdas, kan man inte
åtgärda felet måste det rapporteras till flygbriefingtjänsten2.
Journal skall föras över driftavvikelser för medel och högintensiv
hinderbelysning. Den ska arkiveras i minst två år.
1
http://transportstyrelsen.se/publicdocuments/PDF538.pdf
http://www.vindlov.se/sv/Steg-for-steg/Medelstora-anlaggningar/Inledandeskede/Infrastrukturintressen/Civil-luftfart/Hindermarkering/Drift-felanmalan-och-journalforing/
2
2
4.1.2
Vindkraftverk under 150 meter
Vindkraftverk som har en totalhöjd mellan 45-150 meter över vatten eller
markytan skall vara markerade med rött medelintensivt ljus med 20-60
blinkningar per minut. Hinderbelysningen behöver inte vara igång på dagen
då vindkraftverket ska vara markerat med vit eller ljusgrå färg. Under
skymning och gryning skall ljuset ifrån hinderbelysningen uppgå till 2000
Candela ±25%. Vid mörker skall nivån vara minst 200 Candela.
1 Candela motsvarar ungefär ett stearinljus i ljusintensitet på en meters
avstånd.3
Tittar vi på en vindkraftspark så räcker det med att vindkraftverken som står
i den yttre ringen markeras medelintensivt ljus medan de maskiner som står
inom den yttre ringen kan ha lågintensivt rött ljus med fast sken med en
styrka på 32 Candela under gryning, skymning och mörker.(Se bilaga 1)
4.1.3 Vindkraftverk över 150 meter
Vindkraftverk som har en totalhöjd över 150 meter skall markeras med
högintensivt vitt ljus som blinkar 40-60 gånger per minut. På ljusa dagen
skall belysningen vara på och blinka med 100000 Candela ±25%. Vid
skymning och gryning får belysningen dämpas och ligga mellan 20000–
100000 Candela ±25%.
När det är mörkt så får hinderbelysningen dämpas ner till 2000 ±25%.
När man bygger en vindkraftspark så räcker det med ett antal vindkraftverk
i parkens ytter ring markeras med högintensivt vitt ljus.(Se bilaga 2)
Finns det bostadsbebyggelse i området så skall den högintensiva
hinderbelysningen avskärmas så att direkt ljus inte träffar markytan inom en
radie på 5 kilometer från vindkraftverket. Även i detta fall så bör
hinderbelysningen om möjligt synkroniseras för att minimera störningen på
omgivningen.
4.2
Aktiv hinderbelysning
4.2.1 Vad är aktiv hinderbelysning för något?
Med aktiv hinderbelysning övervakas luftrummet runt om vindkraftsparken
av radarsystem som i god tid tänder den släckta hinderbelysningen vid fara
för flygtrafik. När faran är över släcks hinderbelysningen automatiskt.
3
http://sv.wikipedia.org/wiki/Candela
3
4.2.2 Funktion
Den aktiva 3D radarn skannar av området runt vindkraftsparken med hjälp
av ett antal radarenheter. Hur många radarenheter beror på hur stor parken
är. Det avancerade systemet upptäcker flygtrafik och identifierar dess kurs
och hastighet samt räknar ut om det är nödvändigt att tända
hinderbelysningen. Föreligger kollisionsrisk så tänds hinderbelysningen då
det är 30 sekunders flygtid kvar till vindkraftsparken, detta oberoende av
flygets hastighet. Det vill säga att radarsystemet räknar ut hastigheten på
såväl ett Jasplan som en helikopter och tänder hinderbelysningen när det är
30 sekunders flygtid kvar innan flyget når parken.
Följ länken för en video presentation av systemet:
http://www.youtube.com/watch?v=dzFD3r-vd40
4.2.3 Säkerhet
Radarsystemet har ett inbyggt övervaknings system som hela tiden
kontrollerar sig själv. Skulle ett fel uppstå så tänds hinderbelysningen
automatiskt, samtidigt som systemet tillkallar tekniker för att avhjälpa felet.
Systemet har funnits ute på marknaden några år i andra länder. I mars 2011
godkände transportstyrelsen denna typ av system för installation i Sverige.
4.2.4 Exempel
Det finns ett antal vindkraftsparker i Sverige som redan har och håller på att
installerar denna typ av radar system.
Här följer några vindkraftsparker:
Näsudden Gottland4
Moskogen vindkraftpark Östersund5
4
http://www.newzglobe.com/newsdesk/nasudden-vast-ab-slacker-ljusen-pa-vindpark-pa-gotland
http://www.mynewsdesk.com/se/view/pressrelease/ocas-as-ska-slaecka-vindpark-ljusen-ioestersund-631452
5
4
4.2.5 Installation
Systemet relativt lätt att installera och hårdvaran utgörs av ett fåtal
komponenter.(Se bilder nedan)
Bild från: Andreas Wickman
5
Färdigmonterad radarutrustning.
Bilder från: Andreas Wickman
När hårdvaran väl är på platts så kopplar man in radarsystemet med
vindkraftsparkens hinderbelysningssystem.
6
4.2.6 Kostnader
Kostnaden för att installera ett radarsystem för en vindkraftspark med 10 till
15 vindkraftverk är ca 1 % av den totala investerings kostnaden6. Även
underhållet av radarsystemet är ca 1 % av den totala underhålls kostnaden
på vindkraftsparken.
4.2.7 Fördelar
Den största fördelen med det aktiva radarsystemet är att hinderbelysningen
på vindkraftverken är släckt då den inte behöver vara igång.
Man kan få en större acceptans hos de närboende då dessa ljusstörningar
minskas avsevärt.
Det kan också underlätta vid tillståndsansökning för vindkraftsparker.
Det kan bli mindre protester från lokalbefolkningen som i sin tur gör att
vindkraftsparken kan komma att byggas fortare.
När hinderbelysningen är släckt så lockas inte insekter till ljuset och risken
för att hungriga fåglar skadas av vidkraftverket minskas.
Hinderbelysningens livslängd ökar då belysningen inte behöver vara
påslagen i samma omfattning. Detta medför även energibesparingar som
kan levereras ut på nätet och inbringa en större ekonomisk inkomst för hela
vindkraftsparken.
När hinderbelysningen inte är igång i samma omfattning så minskas den
totala underhålls tiden på vindkraftsparken.
Radarsystemet drar lite ström i jämförelse med all hinderbelysning som
annars skulle vara igång.
Systemet är godkänt av Internationale Dark - Sky Association.7
4.2.8 Nackdelar
Det medför en del pappersarbete vid tillståndsansökning.
Det medför en extra kostnad.
Samt att det är en extra installation och programmering för att systemet skall
anpassas till de rådande förhållandena på platsen.
6
7
http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/vindkraft/article3097070.ece
http://www.darksky.org/
7
4.2.9 Framtidsutsikter för systemet
Sverige är i en mycket expansiv fas när det gäller utbyggnaden av vindkraft.
Med denna typ av systemlösning så kommer acceptansen hos de närboende
att öka, och med det så kommer det bli lättare att bygga vindkraftverken i
den takt som vi måste för att klara regeringens mål.
4.2.10 Leverantörer
OCAS eller Obstacle Collision Avoidance System, är det enda pattenterade
radarsystemet för aktiv hinderbelysningsstyrning som idag levereras av
vindturbintillverkaren Vestas.8
5.
Slutsatser
Hinderbelysning på vindkraftverk syns mycket långt och orsakar
ljusföroreningar i mörkret vilket kan vara ett störande moment för de
boende i området.
Under arbetets gång hittade jag en hemsida som visar hur ljus det är på
natten då det egentligen borde var mörk.
Du kan själv hur ljus det är om natten på din hemort.
Se länk: http://www.blue-marble.de/nightlights/2010
Radarsystem som aktivt styr hinderbelysningen på vindkraftverken tycker
jag är en mycket bra lösning på belysningsproblemet.
Skulle ett företag investera i vindkraft och vilja bygga en vindkraftspark i
mitt närområde skulle jag personligen ställa mig mer positiv till
vindkraftsparken om man presenterar denna lösning och installerar systemet
på vindkraftsparken.
Fördelarna är många men det skrivs lite om eventuella nackdelar.
Jag undrar hur tåliga radarenheterna är om en isbit skulle lossna ifrån
vindkraftverket och oturligt nog skulle träff radarn?
Vilka reparationskostnader det skulle innebära?
Effekten och strålningen ifrån radar enheterna är mycket låg och jämförs
med en vanlig GSM sändare för mobiltelefoni, men finns det några risker
med strålningen som radarn ger ifrån sig eller är den försumbar i vårt
moderna samhälle?
Hur lång tid tar det att tjäna in investeringen i radarsystemet?
Transportstyrelsen har godkänt radarsystemet OCAS som kan köpas av
vindturbintillverkaren Vestas.
8
8
http://nozebra.ipapercms.dk/Vestas/Communication/Productbrochure/TurbineOptions/OCAS/
Källförteckning
Bild på framsidan kommer ifrån Vattenfalls bildbank.
2012-03-05
Mail kontakt: Andreas Wickman för bilder till Examensarbetet. 2012-03-05
http://transportstyrelsen.se/publicdocuments/PDF538.pdf
2012-03-12
http://www.vindlov.se/sv/Steg-for-steg/Medelstora-anlaggningar/Inledandeskede/Infrastrukturintressen/Civil-luftfart/Hindermarkering/Driftfelanmalan-och-journalforing/
2012-03-12
http://sv.wikipedia.org/wiki/Candela
2012-03-12
http://www.newzglobe.com/newsdesk/nasudden-vast-ab-slacker-ljusen-pavindpark-pa-gotland
2012-03-13
http://www.mynewsdesk.com/se/view/pressrelease/ocas-as-ska-slaeckavindpark-ljusen-i-oestersund-631452
2012-03-13
http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/vindkraft/article3097070.ece
2012-03-13
http://www.darksky.org/
2012-03-14
http://www.blue-marble.de/nightlights/2010
2012-03-14
http://nozebra.ipapercms.dk/Vestas/Communication/Productbrochure/Turbi
neOptions/OCAS/
2012-03-14
Video presentation av OCAS radarsystem:
http://www.youtube.com/watch?v=dzFD3r-vd40
2012-03-14
Bilaga 1. Se adress:
http://transportstyrelsen.se/publicdocuments/PDF538.pdf
Dokument finns på sida: 11 av 30.
2012-03-15
Bilaga 2. Se adress:
http://transportstyrelsen.se/publicdocuments/PDF538.pdf
Dokument finns på sida: 13 av 30.
2012-03-15
9
Bilagor
Bilaga 1.
Hinderbelysnings layout vindkraftspark men en totalhöjd under 150 meter.
För att avgöra hur många medelintensiva hinderljus som ska installeras vid
en vindkraftverkspark där samtliga verk är lägre än 150 meter kan följande
grafiska metod användas:
1. Cirklar med radien 450 meter, centrerade på utvalda vindkraftverk i
parkens yttre kant, ritas på en skalenlig karta. Cirklarna ska överlappa
varandra för att därigenom skapa en sluten säkerhetszon kring parken som
uppgår till minst 450 meter enligt steg två i denna metod.
2. Samtliga vindkraftverk ska vara belägna på ett avstånd av minst
450 meter från säkerhetszonens yttre gräns.
10
Bilaga 2.
Hinderbelysnings layout vindkraftspark med en total höjd på över 150
meter.
För att avgöra hur många högintensiva hinderljus som ska installeras vid en
vindkraftverkspark där samtliga verk är högre än 150 meter kan följande grafiska
metod användas:
1. Cirklar med radien 2 000 meter, centrerade på utvalda vindkraftverk i parkens
yttre kant, ritas på en skalenlig karta. Cirklarna ska överlappa varandra för att
därigenom skapa en sluten säkerhetszon kring parken som uppgår till minst 1 600
meter enligt steg två i denna metod.
2. Samtliga vindkraftverk ska vara belägna på ett avstånd av minst 1 600 meter
från säkerhetszonens yttre gräns.
11