Det finns alltså flera skäl till att motverka och förutse isbildning i det fall risk föreligger.

Transkript

1 Bakgrund Länsstyrelsen i Uppsala län har i kompletteringsföreläggande för Vindpark Målarberget inkommit med följande begäran; Inge beräkning av sannolikheten att för personskada respektive dödsfall på grund av iskast från de planerade vindkraftverken om de uppförs utan system för avisning. En sådan beräkning som efterfrågas är inte möjlig att göra helt enkelt på grund av att antalet olyckor som inträffat är så få, faktiskt inte några alls, det gör det omöjligt att beräkna fram ett tillförlitligt resultat. Däremot kan förutsättningarna för ispåbyggnad och iskast och efterföljande risk i det aktuella området beskrivas, detta redogörs för nedan; Om isbildning Isbildning på vindkraftverk uppträder främst i kallt klimat och ofta på högre höjder men kan även inträffa på andra platser i samband med speciella väderförhållanden, såsom dimma, hög luftfuktighet till följd av frost samt vid underkylt regn. Isbildning bidrar till att vindkraftverkets rotorblad utsätts för obalans vilket medför ett ökat slitage, ökade underhållskostnader och kortare livslängd på vindkraftverket. Belastningen och obalansen som uppstår gör dock att vindkraftverkets reglersystem stänger av verket redan efter några kilograms totalbelastning och verkets energiutvinning uteblir helt. Vindkraftverkets förtjänst uteblir således. Innan verket stoppas på grund av belastningen finns risk att ispåbyggnad lossar från rotorbladen och slungas iväg, ett s.k. iskast uppkommer. Iskast bedöms vara den mest påtagliga säkerhetsrisken med vindkraft, främst i kallt klimat, i fjälltrakter och på höga höjder. Det finns alltså flera skäl till att motverka och förutse isbildning i det fall risk föreligger. Geografiska förutsättningar för isbildning Risk för nedisning finns i hela landet men är påtagligt större i norra Sverige jämfört med de södra delarna. Risken för nedisning ökar med markhöjden, således räknas fjälltrakter som riskområden. Erfarenheter visar att isbildningsfrekvensen i större grad beror på det enskilda höjdläget än på vilken breddgrad vindparken är belägen. Man räknar dock med att den generella gränsen för den del av Sverige som främst riskerar påisning går vid linjen Karlstad - Gävle även om sydsvenska höglandet och enskilda positioner på hög markhöjd kan sägas ha förhöjd risk. Orsaken till att is är vanligare på vindkraftverk belägna på platser med hög marknivå i förhållande till havet är att vindkraftverken då kan befinna sig i moln där vattendropparna fastnar på vingarna och fryser. Mest utsatta är de västligaste och mest molniga delarna av Sverige, dvs. fjällområdena vid Lappland och Jämtland, eftersom vindarna i Sverige oftast kommer från sydväst och mest nederbörd därmed fälls ut i de västra delarna av landet och över fjällkedjan som skyddar inlandet. Målarberget i Västmanland ligger inte inom de delar av Sverige inom vilka förutsättningar för isbildning av betydelse anses föreligga, området befinner sig på en markhöjd om ca 140 möh och utgörs inte av högland. Området ligger heller inte havsnära med förhöjd risk för fuktiga vindar och heller inte i den del av landet som anses mest utsatt för isbildning. 1

2 I nedanstående kartbild, figur 1, framgår att området för Målarberget utsätts för lätt nedisning 2-7 dygn/år, vilket korresponderar med den vindmätning som utförts i området, se närmare beskrivning nedan. Figur 1. Antalet dygn/år när nedisning förekommer enligt WECO, som ett helt dygn räknas om nedisning beräknas förekomma någon gång under dygnet. Vädermässiga förutsättningar för isbildning Is bildas genom två olika processer: - nedisning i låga moln - nedisning på grund av nederbörd Speciellt gynnsamt väder för isbildning föreligger då luftfuktigheten överstiger 85 % i samband med temperaturer mellan 0 och -13. Även andra parametrar kan inverka såsom turbulens, vindhastighet, mängden solinstrålning men avgörande är temperatur och luftfuktighet. Förutsättningar för isbildning uppstår när det är fuktigt och kallt samtidigt liksom vid underkylt regn, underkyld dimma eller vid snabba temperaturväxlingar i samband med nederbörd. Kraftigast isbildning uppstår vid låg molnhöjd då vingspetsarna i sitt övre läge täcks av molnbanken. 2

3 Normalårsperioden anger följande snittemperaturer för Avesta, 6 km nordost om Målarberget (SMHI): Jan -5.3 Feb -5.1 Mars -1.4 April 3.6 Maj 10.1 Juni 14.9 Juli 16.2 Augusti 14.7 September 10.2 Oktober 5.6 November 0.2 Dec -3.7 Olika typer av ispåbyggnad Frost är ett tunt lager iskristaller som bildas när luftens vattenånga vid ingen eller mycket låg vindhastighet sublimerar, d.v.s. övergår från gasform till fast form, på en kall yta. Frost kan störa strömningen över vindturbinbladet och därmed minska energieffekten eftersom strömningen blir turbulent. Frostlagret som bildas är mycket tunt och eroderar snabbt och faller till marken som flingor. Frost utgör alltså ingen fara för omgivningen. Figur 2. Frostbildning på vindkraftverk i Aapua, Övertorneå kommun i Norrbotten Foto av Kent Larsson, Risuddens El AB 3

4 Dimfrost Dimfrost är den typ av isbildning som främst anses vara ett problem för vindkraft. Dimfrost uppkommer i två olika variationer, mjuk och hård. Den mjuka dimfrosten utgör ingen fara för omgivningen då densiteten är låg och då den faller av sker detta i form av flingor. Hård dimfrost däremot har en högre densitet och bildas ofta längre ut på rotorbladet vilket gör att den slungas iväg i större utsträckning. Dimfrost bildas i huvudsak vid drift i moln och kan vara ett stort problem för fjällbaserad vindkraft. I långsamstigande terräng föreligger inte förutsättningarna för drift i moln på samma sätt som i fjällvärlden eftersom molnbasen lättare anpassar sig i den mer långsamstigande terrängen jämfört med den kraftigare höjdskillnaden i fjälltrakter. Klaris Då luften innehåller stora till medelstora vattendroppar i samband med underkylt regn eller i moln kan klar is bildas på vingarna. Klar is har hög densitet vilket betyder att den väger mest i förhållande till sin volym och kan göra mest skada om den kastas iväg. Eftersom klarisen snabbt ger en obalans i vindkraftverket betyder det att det krävs en mycket liten mängd innan verket stängs av. Klar is bedöms vara den minst frekventa typen av is i Sverige. Snöblandat regn, nederbörd Förenklat uttryckt går skiljelinjen mellan torr och våt snö linjärt från 0 C och 100 % relativ luftfuktighet till +4 C och 50 % relativ luftfuktighet. Ovan skiljelinjen är snön våt medan den definieras som torr därunder. Snöblandat regn inträffar således per definition vid lufttemperatur över 0 C. Om det snöblandade regnet inte blåser undan eller smälter utan istället fastnar på kallare strukturer, lägger sig på horisontella ytor eller fångas i vindfällor kan fallande yttemperatur, t.ex. på grund av ökad utstrålning vid uppklarnande väderlek efter en kallfrontspassage eller sjunkande nattemperatur, orsaka svår nedisning. Störst risk för snöpåbyggnad uppkommer då det är vindstilla eftersom snömassorna lättare fastnar på vingarna, störst risk för nedfallande snö är således under vindkraftverket. Olika vindturbiner och fabrikat ger också olika förutsättningar för isbildning. Val av turbin för Målarberget har ännu inte gjorts utan kommer att ske i ett sent skede då vindkraftparken övergår i nytt ägande och står inför byggnation. Det slutliga valet görs med beaktande av flera faktorer. Maskinens lämplighet för det geografiska området är en parameter som vägs in ur flera aspekter och områdets benägenhet för isbildning är en av dessa. Resultat för det specifika området genom vindmätning Sedan juni 2012 pågår vindmätning i området för Målarberget. Mätning har skett i en 120 meter hög mast, centralt placerad i området. Mätningen sker med hjälp av icke uppvärmda sensorer och meteorologiska mätare placerade på olika höjder i masten vilka i sin tur är kopplade till en datalogger. På så sätt kan de väderdata som samlas in följas i realtid och resultatet för mätningen sparas var tionde minut dygnet runt och så har skett sedan mätningen påbörjades. Mycket tillförlitlig data av meteorologiska förhållanden, för den specifika platsen finns att tillgå för närmare 3 år. Mätningen är konform med den internationella standarden för vindmätning IEC Mätningen visar på att områdets förhärskande vindriktning är syd sydvästlig har mätningen pågått i 1034 dagar, med start i juni 2012 fram till skrivande stund i mars Känsligheten i skålanemometrarna (sensorer som snurrar och mäter vindhastigheten) är mycket 4

5 stor. Vid nedisning av en anomometer uppstår omedelbart en störning där störningen klassas som nedisning även om sensorerna inte stannat av helt och enbart en (1) av mastens flera sensorer har rapporterar störning. Nedisning noteras således under minsta möjliga förutsättningar. Under den tid som mätningen hittills pågått har det under 37 dagar noterats en störning (minskad rörelse av sensor i samband med låg temperatur) under minst en (1) 10-minutersperiod per dag. nov 2012 dec 2012 per år i n* 2 2 jan 2013 feb 2013 mars 2013 nov 2013 dec i n* i n* i n* 14 jan 2014 feb 2014 mars 2014 nov 2014 dec 2014 i n* jan 2015 feb i n* 8 37 * ingen notering Det ska tydliggöras särskilt: att störningen i mätningen inte talar om att isbildning faktiskt har skett utan den signalerar att det under dygnet, under minst en (1) 10-minutersperiod förelegat sådana meteorologiska förutsättningar för att någon form av ispåbyggnad skulle kunna ske. att varje period om 10 minuter noteras, därmed kan störningen vara betydligt kortare än att vara över hela dygnet och så kort som 10 minuter. att mätningen inte ger uppgift om vilken typ av isbildning som skulle kunna ske, frost, dimfrost eller klaris. att en störning noteras oavsett hur många sensorer som står stilla och på vilken höjd en störning skett. Förutsättningar för påisning föreligger inte förrän flertalet sensorer står stilla, så har skett under totalt 26 dagar under den hittills genomförda mätperioden med maximalt 7 dagar per år Beräkning av riskavstånd För att minimera risken för att allmänhet och egendom ska komma till skada är det enligt Boverket dock lämpligt att det finns ett riskavstånd mellan ett vindkraftverk och platser där människor vistas ofta. I flera källor (WECO, Elforsk) har underlag för framräkning av riskavstånd för iskast från vindkraftverk i kallt klimat tagits fram. Dessa finns redovisade i flera rapporter bl.a. i Svenska erfarenheter av vindkraft i kallt klimat nedisning, iskast och avisning, Elforsk rapport 04:13. Rekommenderat riskavstånd för iskast när vindkraftverket är igång är följande: där d är riskavstånd [m], D rotordiameter [m] och H navhöjd [m]. 5

6 d = ( D + H) * 1.5 Rekommenderat riskavstånd till vindkraftverket då det står stilla: där v är vindhastighet vid nav [m]. d = v * ( D/2 + H ) 15 Det framräknade riskavståndet rekommenderas för verk placerade i områden som betecknas som riskområden för nedisning. Beräkningen ger ett maximalt räckviddsområde, det verkliga området är mindre då det påverkas av vindriktningen då isen som släpper från vindkraftverket färdas med vindriktningen och verkets rörelse. Figur 3. Bilden visar i vilken riktning isen statistiskt sett tar vägen när ett vindkraftverk är i drift och is släpper från roterande delar. Som man kan se så är risken för att träffas av is, obefintlig om man närmar sig vindkraftverket rakt framifrån. Detta eftersom vinden blåser på framsidan kommer den också att ta med eventuell lös is och slunga den i vindens riktning. Bilden hämtad från Svensk Vindenergis Hälsa och säkerhetseminarium från 26 mars På ett stillastående vindkraftverk kan främst tung nederbörd som blötsnö lägga sig på maskinhuset. Pga. värmeutvecklingen från generatorn i maskinhuset glider det mesta av snölasten av men en tunn vattenhinna som bildas kan frysa till is. När denna sedermera faller ner utgör den en risk för den som vistas i vindkraftverkets närhet. Det här är dock en risk som föreligger för samtliga höga byggnader såsom hustak, master, kraftledningar och inte minst träden i skogen. Det är alltså ingen risk utmärkande för vindkraft. För den typ av vindkraftverk som anses lämpliga för Målarberget beräknas riskavståndet till 390 meter för vindkraftverk i drift. Beräkningen baseras på rotordiameter upp till 120m och navhöjd upp till 140m. För avstånd till vägar, järnvägar, kraftledningar och annan infrastruktur finns redan riktlinjer för avstånd 6

7 mellan anläggning och vindkraftverk och dessa varierar något mellan olika anläggningstyper. Gemensamt är dock att föreskrifterna i samtliga fall efterföljs för Målarberget. Frekvens av besökare inom området för Målarbergets vindkraftpark Förutsättningen att bli träffad av iskast från vindkraftverken hänger också samman med hur frekvent området och de ytor som kan betecknas såsom riskområden besöks under den tid av året då risk för iskast föreligger. För Målarberget kan konstateras att; - inga bostäder finns inom vindkraftsområdet eller inom riskavstånd enl. beräkning ovan - inga fritidsanläggningar befinner sig inom riskavståndet för vindkraftverken - inga allmänna vägar finns inom riskavståndet - inom området finns ingen dyrbar egendom som riskerar att skadas - området är mindre intressant för besök under vinterhalvåret och många vägar är oplogade - inga besöksmål av intresse under säsongen då eventuell påisning skulle kunna inträffa finns inom området. Utflyktsmål såsom Digerkällan besöks under de månader om året då risk för is inte föreligger. Det gäller även för andra besöksmål inom området av naturintresse karaktär exempelvis Komossens naturreservat och Bruksleden. - ingen arbetsplats ligger inom område för vindkraftparken. - risken för påisning på vindkraftverken är störst under väderförhållanden som brukar betecknas som busväder då besöken i skogen är mycket få om några alls. - den jakt som bedrivs i området under de kalla vintermånaderna sker företrädelsevis under dagar med mindre eller ingen nederbörd alls, under klara dagar med goda siktförhållanden då risken för isbildning är obefintlig. Under den mest aktiva jaktsäsongen föreligger inte risk för isbildning. Besöksfrekvensen inom området under den tid då risk för påisning föreligger är således mycket låg, i det närmaste obefintlig. Sannolikheten För att kunna beräkna sannolikheten för att någon ska bli träffad eller till och med dödad av nedfallande is från ett vindkraftverk i Målarberget måste kunskap finnas om: Antalet dagar per år då meteorologiska förhållanden för isbildning råder. Kunskap har inhämtats från pågående vindmätning i området, 7 dagar per år. Osäkerhetsfaktor; sannolikheten för att påisning faktiskt sker är okänd. Ett riskområde runt vindkraftverket har identifierats, 390 meter. Osäkerhetsfaktor; riskområdet påverkas av rådande vindstyrka och vindriktning, det framräknade riskområdet är att betrakta som ett worst case scenario. Exakt nedslagsplats för det nedfallande is kan omöjligen förutses. Osäkerhetsfaktorn är stor, beräkningar har utförts i studier där nedslagsfrekvensen för varje enskild 1 kvm ruta av det totala riskområdet är den parameter som har räknats fram i sannolikhetsberäkning, se figur 3. Det nedfallande objektets storlek och förutsättning för vållande av skada är ej känd. 7

8 Osäkerhetsfaktorn består i att objektets storlek och beskaffenhet är okänd och resultatet av en händelsekedja som ej är möjlig att kontrollera eller förutse. De ovanstående faktorerna ska sedermera kopplas till sannolikheten för att en person faktiskt befinner sig i området, just vid den aktuella tiden och på den aktuella platsen för ett iskast av den beskaffenhet att det förmår skada eller till och med döda. Någon vetenskaplig metod för beräkning av risken för att en människa ska träffas eller dödas av iskast från vindkraftverk finns inte att tillämpa. Flera undersökningar, beräkningsförsök och kartläggningar av förekomsten av iskast, risker för såväl människor, produktionsbortfall och risk för skador på vindkraftverken har belysts i flera fall av vilka några har använts som källor för denna skrift. Det har gjorts beräkningar (beskrivs i WECO rapport) för sannolikheten att alla former av isfragment från ett vindkraftverk faller inom varje yta om 1 kvm inom 400 meter från vindkraftverket. Resultatet kan avläsas i diagrammet nedan: Figur 4. Diagrammet visar sannolikheten för iskast inom varje yta om 1 kvm inom 400 meter från ett vindkraftverk. I detta fall med rotordiameter om 50 m. Vissa beräkningar har utförts baserade på antaganden blandat med vetenskapliga studier bl.a. presenterade TÜV Syd på Winterwind 2015 en beräkning för risken att träffas av iskast då vindkraftverk placerades intill en allmän väg där risken kalkylerades till 1 på vilket ansågs tolererbart. Risken (R) definieras här som summan av konsekvensen av en händelse (K) multiplicerat med frekvensen av händelsen (F), R = K x F. Bengt Göransson på Pöyry SwedPower har i sitt exempel beräknat risken utifrån ett vindkraftverk i drift till fem isdagar per år: Risken för att en tekniker ska träffas när han står vid tornet är 1 på 530 år. Risken för att en parkerad bil vid verket ska träffas är 1 på 27 år. Risken för att allmänhet som någon enstaka gång kommer till verket ska träffas är 1 på 1,3 miljoner år. Risken för att en människa som passerar på 50 meters avstånd är 1 på 53 miljoner år. Riskerna för allmänheten med is från vindkraft är mindre än att träffas av blixten, och för teknikerna mindre än att råka ut för en trafikolycka. 8

9 Avhjälpande och varning till allmänheten I de tillstånd som söks och beviljas i Sverige idag så förbinder sig projektören att sätta ut varningsskyltar för allmänheten inom de områden inom vilken risk för iskast förekommer och så har även skett för Målarberget. Krav på inhängning av vindkraftparker föreligger inte enligt Regeringsbeslut I 6, daterat Flera turbintillverkare erbjuder idag system för avisning men utformar också verken på så sätt att risken för ispåbyggnad ska göras så liten som möjligt vilket är av intresse främst för vindkraftsetableringar i norra Sverige och i fjälltrakter. Tekniken är dock alltjämt under utveckling och flera forskningsprojekt pågår. Varje år hålls ett seminarium Winterwind som fungerar som ett forum för frågan. Vindkraft i kallt klimat Vindkraft i kallt klimat är ett forsknings- och utvecklingsprogram i Energimyndighetens regi med fokus på tillämpningsområdet vindkraft i områden som karaktäriseras av kallt klimat. Under programperioden ska programmet bidra till att åstadkomma en kunskaps-, kompetens och teknikutveckling, som i förlängningen möjliggör en ökad utbyggnad av vindkraft i såväl det svenska som det globala energisystemet. Sammanfattning Området för Målarberget i Västmanland är inte beläget inom den del av Sverige som definieras såsom riskområde för isbildning, en generell linje brukar dras mellan Karlstad och Gävle. Topografiska (markhöjd, fjäll och berg) och lägesmässiga (hav och sjö) förutsättningar för platsen föreligger inte heller. Kartering och normalårsväderdata från SMHI samt de data som erhållits genom snart 3 års vindmätning visar inte på vädermässiga förhållanden som gör att området utsätts för annat än lätt nedisning 2-7 dagar per år. Att vädermässiga förutsättningar för isbildning föreligger är inte likställt med att ispåbyggnad sker på vindkraftverket och isen är av sådan beskaffenhet att den förmår skada. Oftast blir isbildningen till frostskikt som då det faller av fragmenteras och faller till marken såsom flingor. Klaris och tyngre is är sällsynt. Vid blötsnö och snöblandat regn föreligger alltid en risk för nedfall av snö vilken kan likställas vid nedfallande snö från träd och byggnader. Riskavstånd för infrastruktur och objekt av allmänt intresse har beaktats i enlighet med anvisningar om hänsynsavstånd till exempelvis vägar, järnvägar och kraftledningar, dessa redovisas i kartbilaga 17d till denna skrift. Inga bostäder, arbetsplatser, betande djur eller andra verksamheter finns inom räckhåll för vindkraftverken. Besöksfrekvensen i området under de dagar då risk för isbildning eller blötsnö kan förekomma är mycket låg i Målarberget. Området berörs inte av allmän väg, fritidsaktiviteter eller besöksmål under vintertid och jakt sker främst under goda siktförhållanden då risk för isbildning inte föreligger. I enlighet med villkor uppställda i ansökan kommer varningsskyltar att sättas upp i syfte att varna allmänheten om risken med iskast från vindkraftverken. 9

10 Risken för att någon ska skadas eller till och med dödas av nedfallande is från vindkraftverken i Målarberget har inte kunnat framräknas men ska med ovanstående i beaktande vägas mot övriga risker för vilken exponering sker dagligen, som blixtnedslag, skada pga. nedfallande träd, bilolycka etc. Generella beräkningsexempel visar på en sannolikhet att bli träffad av iskast är 1 på 1,3 miljoner år. I Sverige har ännu ( ) inget fall med personskada orsakat av iskast från vindkraftverk rapporterats och inte heller något dödsfall. Källor: G Ronsten, Svenska erfarenheter av vindkraft i kallt klimat nedisning, iskast och avisning, Elforsk rapport 04:13 G Ronsten, Mapping of icing for wind turbine applications, Elforsk rapport 08:40 Risk analysis of ice throw from wind turbines, DEWI, Deutsches Windenergie-Institut GmbH mfl. Helena Karlsson, Vindkraft i kallt klimat, beskrivning av iskast med hjälp av produktionsdata Tammelin mfl., WindEneergy in Cold Cimate (WECO), Finish Meteorological Institute, JOR3 CT Assessment of the ice throw and ice fall risks nearby wind energy installations, TÜV Süd, Winterwind SMHI, 10