Is på vindkraftverk Detektering, utbredning, personskaderiskminimering och produktionsbortfall Elforsk rapport 09:06 Rolf Westerlund, HoloOptics Februari 2009
Is på vindkraftverk Detektering, utbredning, personskaderiskminimering och produktionsbortfall Elforsk rapport 09:06 Rolf Westerlund, HoloOptics Februari 2009
Förord Vid storskalig utbyggnad av vindkraft i kallt klimat i Sverige kommer nedisning av rotorblad att utgöra en betydande utmaning. Förutom risker avseende personsäkerheten (allmänheten) påverkar nedisning prestanda, bulleralstring och lastspektra. Detta projekt har syftat till att vidareutveckla teknik för isdetektering, öka kunskapen om isens utbredning på vingbladen, vidareutveckla driftstrategier avseende personskaderisken (allmänheten) samt öka kunskapen om produktionsbortfall vid nedisningar. Projektet har genomförts inom ramen för vindkraftforskningsprogrammet Vindforsk-II som projektnummer V-153. Vindforsk-II finansieras av ABB Corporate Research, EBL-Kompetanse, E.ON Vind Sverige, E.ON Elnät, Falkenberg Energi, Göteborg Energi, Jämtkraft, Karlstad Energi, Luleå Energi Elnät, Lunds Energi, Skellefteå Kraft, Statens Energimyndighet, Svenska Kraftnät, Tekniska Verken i Linköping, Umeå Energi Elnät, Varberg Energi, Vattenfall och Öresundskraft. Projektet är därtill tilläggsfinansierat av Skellefteå Kraft AB, Härnösand Energi & Miljö AB (HEMAB) samt HoloOptics. Värdefulla synpunkter på arbetet har erhållits från projektets referensgrupp bestående av Göran Ronsten, Sveriges vindkooperativ, Kjell Johansson, Härnösand Energi & Miljö AB samt Fredrik Öhrwall, Skellefteå KraftAB Stockholm februari 2009 Anders Björck Programledare Vindforsk-II El- och värmeproduktion, Elforsk
Sammanfattning Projektet hade tre delmål att fastställa sambandet mellan indikeringar från en detektor utvecklad i ett tidigare Vindforskprojekt och faktisk utbredning av is på rotorblad att fastställa vid vilken nedisningsgrad operatören måste vidta åtgärder, främst avseende personskaderisken (allmänheten) att ge en uppfattning om hur stort produktionsbortfall nedisning kan medföra Som föremål för studien valdes ett kustnära högt beläget vindkraftverk i mellannorrland (Härnösand). Utrustning: Två isindikatorer, 12 st IceMakers, effektlogger på vindkraftverket samt vinddata från närbelägen mätmast (uppvärmda givare). Testperiod: Mars-december 2008 (varav 4 månader med reella förutsättningar för nedisning). Första delmålet har delvis uppnåtts. Vid reell 1 påisning har samtliga IceMakers täckts relativt simultant av en tillräckligt tjock ishinna (tiondelar av en millimeter) för att inte längre markera/reflektera fotoblixtens ljus. Däremot har indikeringarna gett begränsat stöd för bedömningen av när kraftigt adderad ispåväxt skett i bladframkant (inspektionsbesök krävdes). Likaså var sambandet indikering - nedisning osäkert när temperaturen vandrade runt nollstrecket. (Ibland avisades bladen utan att den ouppvärmda indikatorn hann avisa). Vidare försvårades verifiering av isutbredning under tider med nederbörd eller dimma eftersom blixtljuset i stället reflekterades mot vattendroppar och/eller snöflingor (ett problem främst under förvinterns väderleksförhållanden). Andra delmålet har uppfyllts så till vida att projektet bidragit till att utveckla strategier avseende personskaderisken såväl vid risk för nedisning som vid konstaterade nedisningar. Vid majoriteten av faktiska nedisningar har ispåläggningen bedömts vara alltför tunn för att utgöra fara/ha kraft i nedslaget. Vid ytterligare ett antal tillfällen har osäkerhet uppkommit huruvida fara för person förelegat eller ej. Förväntad besöksfrekvens, vind-/kastriktning och förväntad temperaturförändring har i flertalet sådana situationer avgjort beslutet drift eller driftstopp. Sammanlagt stoppades driften vid sju tillfällen, sex på vårvintern och ett på förvintern. De två kortaste stoppen varade 8 timmar, längsta stoppet fyra och ett halvt dygn. Vid två av dessa sju stopp tillämpades nattkörning med stöd av fördelaktig vind-/kastriktning (ej mot väg eller parkering), ringa/obefintlig besöksfre- 1 Indikatorerna i sig indikerade även vid tät dimma, regn eller nattfrostkondenseringar. Ofta krävdes lokal bedömning av skälet till indikeringarna (2008 års produktversion saknade signalbehandling/logik).
kvens samt förutsättningar för vandrande nattemperatur nära nollstrecket. (Driftens intensivare kontakt/värmeöverföring mellan luft och blad möjliggjorde relativt ofta avisning, trots enbart någon halvtimmes tötemp.) Ingen allvarlig nedisning jämsides med förväntad påtaglig besöksfrekvens inträffade under projekttiden. Sålunda genomfördes ingen inhägnad med varningsband av närområdet. Vid ett tillfälle (fyra dygn) sattes varningsband upp i det mest frekventerade passagen (25 m ifrån verket) för att, förutom varningsskyltarna, påminna besökaren om isrisken. Tredje delmålet, produktionsbortfallet, studerades framgångsrikt enbart under projekttidens två sista månader då separat logger för lagring av 10 minuters effektmedelvärden installerats. Under dessa två månader hann ett tydligt exempel på produktionsbortfall inträffa. Den gången med kraftigt adderad ispåväxt i bladframkant. Verkets effekt sjönk till hälften av förväntad inom några få timmar (period 33). Driften stoppades. Verkets rotorblad hade vid driftstoppet en massiv valk längs bladframkant, 4-10 cm bred och 2-4 cm tjock. I övrigt inträffade under projekttidens två sista månader 5-6 indikeringsperioder med marginell/lätt nedisning (och ca 15 indikeringsperioder till följd av regn eller tät dimma). Totalt, mars-december 2008, inträffade tre tillfällen med kraftigt adderad ispåväxt i bladframkant. Vid två tillfällen stoppades verket; ena gången (exemplet ovan) i väntan på töväder senare samma dag, andra gången i väntan på töväder fyra dagar senare. Tredje gången tillämpades framgångsrikt fortsatt drift, vilket innebar nattkörning i kombination med förutsättningar för vandrande temp enligt ovan. Sammanfattande omdöme om isdetektorutrustningen från verkets driftansvarige: Trots besväret med ofta obefogade indikeringar/sms har indikatorn varit ett stöd i driften av det publikt lättillgängliga verket. Dels ett stöd för när skärpt uppmärksamhet INTE behövs (inga eller få larm ), dels ett stöd i bedömningen av förhållandena när dimma, blötsnö eller busväder dolt såväl bergets topp som verket. Och dels, i takt med att erfarenheten växte om hur detektorerna indikerade, ett stöd i den allmänna bedömningen av aktuell nedisningsrisk.
Summary The project had three different objectives: To calibrate an icing sensor, developed with the support of Vindforsk, according to the amount of ice on the rotor blades. To determine at which degree of icing measures has to be taken to reduce the risk of public health hazards due to ice throws. To give a general indication of the performance losses due to icing In the study a costal shore based turbine (Vestas V44, situated close to Härnösand in the northern Sweden) was used as the test object, a turbine placed at 176 m above sea level and 4 km away from the open sea. The turbine is also close to an attractive alpine ski-slope. Due to this the plant is closed 2-3 weeks per year to reduce the risk of ice throw. In the study two ice sensors were used, one with automatic de-icing and one without de-icing. The icing signal was sent to the operator and HoloOptics via SMS. The SMS sender was also connected to a temperature sensor. Furthermore, 12 IceMarkers were mounted on one of the rotor blades to verify the distribution of ice. To log the output of the turbine a logger was installed. The logger measured the 10 minutes mean power output. Wind-speed, wind-direction and temperatures were available from a mast located at a distance of 400 m to the wind turbine. Study period: March-December 2008 of which, at this location, four month are prone to icing. By the use of the IceMarkers it was found that shortly after the icing began the whole blade was relatively simultaneous covered with, minimum, a thin layer of ice (maybe less than 0,1 mm in thickness). The distribution of ice on the blade was verified by the use of a flash and a camera. However it was found to be difficult to verify at times with fog or precipitation. When temperatures varied around zero C the relation between indication and actual icing was less obvious. Sometimes the blades became/were de-iced without any indication from the corresponding indicator. The indicators themselves, without any signal processing, were found to be too sensitive to rain and dense fog. At most of the indication periods the amount of ice was too little, too thin to be a reel public health issue. At a total the production was stopped seven times. The stops lasted between eight and one hundred hours. Simultaneously a total of three periods of moderate icing occurred. During these times massive ice-beams were found at the leading edge of the blades. However, the performance loss due to icing was only studied closely during the last two month of the project. During this period there was one case of moderate icing (period 33) and five or six cases of light icing.
During the period with moderate icing the average thickness of ice was likely to be 4-5 mm. However there was simultaneously a massive build-up of icebeams at the leading edge of the blades, after 4-5 hours 4-10 cm in width and 2-4 cm in thickness. By this time the production capacity was reduces to 50 % of expected. (By that time the operation of the turbine was stopped due to public health risks.) The management of the turbine summarised the use and the outcome of the tests in this way: In spite of the many false indications due to dense fog or rain, the indicator were at help in running the turbine during icing risky periods as they showed when ice NOT was an issue (none ore only a few indications).
Innehåll 1 Inledning 1 2 Använd utrustning 3 3 Definitioner och förklaringar 4 4 Tänkbart förhållande mellan ispåväxt och effektuttag 5 5 Vind-effektsamband för aktuellt verk 6 6 Inträffade indikeringar 8 6.1 Första halvåret 2008... 8 6.2 Andra halvåret 2008... 10 7 Effektförlust på grund av nedisning 11 8 Användning av IceMarkers 12 9 Risk för iskast 13 10 Slutsatser och diskussion 15 11 Referenser 17 Bilaga 1 Signifikanta indikeringsperioder 19 Bilaga 2 Vind-effektsamband enligt tillverkaren 29
1 Inledning Bakgrund Vid en storskalig utbyggnad av vindkraft i, inte minst, inlandet och fjällen i mellersta och norra Sverige kommer nedisning av rotorblad att utgöra en betydande utmaning. Nedisning medför inte enbart produktionsförluster och/eller produktionsuppehåll. Nedisningen påverkar också lastspektra och leder till ökade drift, underhålls- och försäkringskostnader. Nedisningen ökar också bulleralstringen samt medför personskaderisker i närområdet. Problemen, inte minst de två förstnämnda, är detsamma för många planerade utbyggnadsområden för vindkraft på norra halvklotet. Aktuellt projekt Syftet med det här projektet har varit att vidareutveckla teknik för isdetektering, öka kunskapen om isens utbredning på vingbladen, vidareutveckla driftstrategier avseende personskaderisken inför/vid nedisningar (avseende allmänheten) samt öka kunskapen om produktionsbortfall vid nedisningar. Inom ramen för projektet har följande utrustning installerats två isindikatorer ett antal s k IceMarkers påklistrade på verkets ena rotorblad mobiltelefonmodul/sms-sändare med utetemperaturgivare utrustning för loggning av verkets medeleffekt (10 min. intervall) tillgång till vinddata från intilliggande mätmast (uppvärmda givare) Klimat: Som föremål för projektet valdes ett kustnära högt beläget vindkraftverk nära Höga Kusten området; verket på Vårdkasberget i Härnösand 177 m ö h och 4 km ifrån öppet hav (Vestas V44, navhöjd 40 m). Lokala förutsättningar: Verket är placerat nära en skidbacke, en parkeringsplats och två byggnader som är öppna för allmänheten. Närheten till dessa anläggningar gör att verket, under ogynnsamma förutsättningar, driftstoppas redan vid måttlig nedisning (främst ogynnsam vind-/kastriktning, icke obetydlig besöksfrekvens och/eller tötemp /islossning på gång). Sedan installationen 1996 har verket i genomsnitt driftstoppats 2-3 veckor per år pga isrisken. Isindikatorer: Två indikatorer installerades på nacellens tak tillsammans med utetemperaturgivaren. Målet var att kalibrera indikatorerna så att de skulle kunna användas för att varna för iskast. IceMakers : Utbredningen av is på rotorblad studerades med hjälp av s.k. IceMarkers. Markörerna gjorde det möjligt att, under gynnsamma förutsättningar och med blixtförsedd kamera, dokumentera hur stor del av det markörförsedda bladet som blivit täckt av, åtminstone, ett tunt lager is. (Fem av markörer var enbart känsliga för klaris.) 1
Produktionsbortfall: För att studera vind-effektsambandet vid olika nedisningstillfällen planerades befintlig registrering av timmedelvärden att nyttjas. Detta visade sig dock ge otillfredsställande upplösning/resultat varför separat logger med 10 minuters registrering av levererad medeleffekt installerades. Parallellt fanns tillgång till vinddata i navhöjd från närbelägen mätmast (400 m ifrån/uppvärmda givare). Som referens användes ibland väderdata från Sundsvall/Härnösands flygplats (ESNN), belägen kustnära i havsnivå 28 km sydväst om vindkraftverket. Projekttid: 2008-02-25 2008-12-31, varav 4 månader med reella förutsättningar för nedisning. 2
2 Använd utrustning Detektorer: Två HoloOptics indikatorer i T20 serien (T21 & T23), installerade på vindkraftverkets tak, Bild 1. När indikatorernas mät-/reflektoryta blev våt/nedisad indikerades ON. När mätytan åter var ren indikerades OFF. Ena indikatorn hade indikeringsstyrd automatisk uppvärmning av mätytan, den andra saknade sådan uppvärmning. Indikatorn med värme avisade vanligtvis inom 1-2 minuter och indikerade sålunda återkommande så länge ny is bildades. Antalet indikeringar per tidsenhet gav en uppfattning om nedisningsintensiteten. Summa antal indikeringar gav i sin tur en uppfattning om möjlig slutlig istjocklek. (Ouppvärmda indikerade så länge mätytan var belagd, oavsett mängd.) Indikeringarna sändes via SMS till driftansvarige och HoloOptics. SMS-modulen sände, i dåvarande utförande, varje indikering (råsignalen). Tidpunkt för varje indikering registrerades datamässigt av HoloOptics. IceMakers: Utbredningen av is på rotorbladen studerades med hjälp av s.k. IceMarkers på ena bladet. Markörer gjorde det möjligt att, under gynnsamma förutsättningar och med blixtförsedd kamera, dokumentera hur stor del av bladet som blivit täckt av, åtminstone, ett tunt lager is. Bild 2. Mätmast: Vinddata strax ovan navhöjd (10 min. medelvärden) erhölls från närbelägen (400 m) mätmast (uppvärmda givare, Vaisala WAA 252;). Levererad effekt: För att bättre kunna studera sambandet nedisning effektförlust installerades hösten 2008 utrustning och logger för 10-minuters registrering av verkets levererade medeleffekt. Bild 1 Monterade isindikatorer Bild 2 IceMarkers monteras 3
3 Definitioner och förklaringar Indikering När mätytan på isdetektorn beläggs med fukt eller is avges en signal; en indikering. Likaså när fukten eller isen har avgått. Indikeringsperiod En tidsperiod med återkommande och relativt sammanhängande indikeringar benämns indikeringsperiod (allt från någon halvtimme till hela dar). Nedisningsperiod Med nedisningsperiod avses hela perioden från första uppbyggnadsfasens början tills en reduktionsfas medför full avisning. Nedisning Klassificeringen av nedisningar är inte entydig. I olika sammanhang används olika klassificeringar anpassade för dito specifika förhållanden. I denna rapport används följande definitioner: Period med Lätt nedisning: Måttlig nedisning Svår nedisning <1 mm tjockt istäcke 1-5 mm >5 mm Klassificeringen utgår från största istjocklek under nedisningsperioden. Uppmätt effekt (levererad) Uppmätt effekt är verkets levererade effekt, 10 minuters medelvärden. Nominell effekt (förväntad) Nominell effekt är den effekt som verket förväntas ge vid rådande medelvind enligt tillverkarens vind-effektkurva, Bilaga 2. I här genomförd studie har förväntad nominell effekt beräknas via vinddata från intilliggande mätmast (10 minuters medelvärden). (I rapporten tas huvudsakligen ej hänsyn till varierande luftdensitet och turbulens.) Effektförlust pga nedisning Effektförlust pga nedisning anges såsom talet ett (1) minus kvoten mellan uppmätt effekt vid nedisningen och nominell effekt utan nedisning vid samma vindförhållanden. 4
4 Tänkbart förhållande mellan ispåväxt och effektuttag Ett vindkraftverk har en viss märkeffekt (P märk ) vilken uppnås vid en viss vindhastighet, märkvinden (V märk ). Verket ställs av om vindhastigheten underskrider ett visst minimum (V min ) eller överskrider ett visst maximum (V max ). Vid en given vind ger verket en specifik effekt om det är isfritt (P 0 ) och en annan om det är isbelagt (P i ). I Referens 4 visas att vid måttlig/svår nedisning är effektförlusten starkt vindberoende. Om vindhastigheten är mindre än märkvinden kan förhållandet P i /P o vara så lågt som 0,3 vid fortsatt drift. (I undersökningen användes HoloOptics T23 Clear Ice Indicator.) Om vinden däremot är större än märkvinden minskar förlusten avsevärt. Orsaken är troligen reglerteknisk. Vid vindar över märkvinden inträder reglermekanik som minskar verkningsgraden, spiller vind, så att P märk inte överskrids. Det kan göras genom att anfallsvinkeln minskas. En sådan tanke stöds av Figur 1, som visar att påverkan av nedisning vid reducerad anfallsvinkel är liten. Över en viss anfallsvinkel ökar inverkan markant. Populärvetenskapligt uttryckt: Om det finns ett tilltagande överskott av vindenergi att ta av närmar sig givetvis verkets levererade effekt maxeffekten trots nedisning så länge vingbladens verkningsgrad inte helt spolierats av nedisningen. Figur 1 Från Ice Accretions on Modern Airfoils Investigation, ref 6. 5
5 Vind-effektsamband för aktuellt verk I teorin är ett vindkraftverks effekt, inom för vindhastigheten givna gränser, i huvudsak beroende av vindstyrkan. Den uppmätta effekten som funktion av vindhastigheten uppvisar dock ett mer komplicerar samband, se Figur 2 Uppmätt effekt med och utan is mot vind (ingen hänsyn till luftens densitet, vindens riktning och variation) 700 Uppmätt effekt utan is (Po) Uppmätt effekt vid lätt is (Pi) Uppmätt effekt vid måttlig is (Pi) 600 500 Effekt KW 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Vindhastighet m/s Figur 2 Uppmätt vind-effektsamband med och utan isbildning. Tillverkaren har tillhandahållit uppgifter om vind-effektsambandet för aktuellt verket (nominell effekt), Bilaga 2. (I bilaga 2 förutsätts 10 % turbulens.) Avvikelsen mellan nominell effekt och uppmätt effekt vid olika vindhastigheter redovisas i Figur 3. (En avvikelse på 100 % uppåt innebär att uppmätt effekt är dubbelt så stor som nominell effekt.) 6
Avvikelse mellan uppmätt och nominell effekt i % Medel effekt Po, nominell=240 kw Po uppmätt=228 kw 100 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80-100 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 vindhastighet m/s Figur 3 Avvikelse i % mellan uppmätt och nominell effekt utan nedisning. (I figuren ingår ej tidpunkter då verket var nedisat eller driftstoppat.) Sett över hela mätperioden är uppmätt effekt ca 5 % lägre än nominell effekt. Luftens densitet kan medföra att effekten är ±5 % vid given vind, om vindhastigheten är mindre än V märk. Hög densitet (låg temperatur och högt tryck) ger effekttillskott. (Luftens densitet vid signifikanta indikeringsperioder redovisas i Bilaga 1.) Andra möjliga orsaker till avvikelsen kan exempelvis vara smutsiga rotorblad (ca 7 år sedan de tvättades/vaxades) installerad effektmätaren ej korrekt kalibrerad andra turbulensförhållanden än enligt tillverkarens specifikation nollplaneförskjutningen runt intilliggande mätmast, relativt vindkraftverket, avvikande mätfel/svagheter i nacellens/verkets egen vindgivare brister i verkets reglersystem Analysen av effektförluster pga nedisning försvåras av att avvikelserna mellan uppmätt/förväntad effekt och nominell effekt redan i icke nedisat tillstånd är så pass stora. Avvikelserna hos aktuellt verk är dock inget exceptionellt. Samma förhållande har uppvisats på andra verk. 7
6 Inträffade indikeringar Detektorerna, SMS-utrustningen och IceMakers driftsattes 24 februari, 2008. Indikeringarna första halvåret (vårvintern) loggades fram till början av april. Figur 4 visar när under nämnda period indikeringar inträffade. Andra halvåret driftsattes utrustningen 30 oktober (och i drift året ut). Figur 5 redovisar indikeringarna andra halvåret; förvintern 2008. I figur 4 och 5 har varje period med indikering fått ett nummer som hänvisar till redovisning i tabell 1 och 2. De mer intressanta perioderna analyseras i detalj i Bilaga 1. Tidsredovisningen i figur 4 och 5 är antal timmar sedan respektive driftstart. Under hela mätperioden har endast 2-3 tillfällen med måttlig nedisning och 8-10 tillfällen med lätt nedisning inträffat. Period 4 och 33 är skolboksexempel på nedisningar. I period 33 kan man tydligt se uppkommen effektförlust pga nedisning (under hela den perioden var vindhastigheten relativt låg). Period 39 visar en nedisning på gränsen mellan lätt och måttlig. I början av perioden, då vindhastigheten var låg, kan man se en viss effektförlust. Vid slutet av perioden, då vindhastigheten översteg märkvind, uppkom igen effektförlust. 6.1 Första halvåret 2008 Nedan, Figur 4 och Tabell 1, redovisas de indikeringar som förekom under vårvintern 2008 (24 februari till 4 april). Indikeringar 1:a halvåret T23 T21 1* 6 2 3 4 5 8 7 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Data saknas Data saknas 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 tim m ar sedan start * Period nr Figur 4 Indikeringar under första halvåret 2008 8
Nr Längd T luft Antal indikeringar Anmärkningar Tim C T21 T23 kort 2 lång 2008-02-24 Indikator påslagen 1 3 +0,5 -- -1,0 0 1 13 Snöblandat regn. Lätt isbildning. 2 10 > +1,0 1 0 24 Regn 3 7-0,5 -- +1,0 0 1 34 Snöblandat regn. Lätt isbildning. 4 ~40-1,0 --+2,0 0 1 ~60 Se detaljerad analys 5 1-1,0 0 0 2 Obetydlig ismängd 6 ~35-1,0 -- -2,0 2 1 ~70 Se detaljerad analys 7 4-3,0 -- -4,0 0 0 4 Obetydlig ismängd 8 2 +1,0 0 1 3 Regn eller obetydlig snömängd 9 ~35 +0 -- +1,0 * 2 * Se detaljerad analys 10 ~75 +2,0 -- +0 * 5 Se detaljerad analys 11 7 0 1 Troligen som period 4 12 27 0 2 Data Två indikeringar med 13 h sakna mellanrum 13 4 Data 0 1 s Obetydliga indikeringar 14 23 saknas 1 1 Obetydliga indikeringar 15 24 6 Obetydliga indikeringar 16 8 Data saknas 3 Obetydliga indikeringar 17 25 5 Obetydliga indikeringar Tabell 1 Sammanställning indikeringsperioder vårvintern 2008 (*= fler än 80 indikeringar) Av de 17 indikeringsperioderna var endast fyra av en sådan omfattning att det finns anledning att analysera dem i detalj. Övriga perioder med indikering är antigen obetydliga eller orsakade av regn eller dimma. 2 Indikering från T21 som varar mindre än 30 minuter. 9
6.2 Andra halvåret 2008 I Figur 5 och Tabell 2 nedan redovisas de indikeringar som förekom under förvintern 2008 (30 oktober till 31 december). 2:a halvåret 2008 Ind T21 Ind T23 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 --- 32 33 34 35 36 37 38 39 Data saknas 6000 6050 6100 6150 6200 6250 6300 6350 6400 6450 6500 6550 6600 6650 6700 6750 6800 6850 6900 6950 7000 7050 7100 7150 7200 7250 7300 7350 7400 7450 7500 7550 7600 7650 7700 27/10 kl 08 timmar sedan start 31/12 kl 24 Figur 5 Indikeringar förvintern 2008 Per Längd T luft Antal indikeringar Anmärkningar nr Tim C T21 T23 kort lång 2008-10-30 Indikator påslagen 18 4 2-3 Obetydlig indikering 19 25-1 4 Se detaljerad analys 20 53 1 1 Data Se detaljerad analys 21 4-2 saknas Obetydlig indikering 22 4-3 2 Obetydlig indikering 23 55-1 2 Obetydlig indikering 24 69 18 Se detaljerad analys 25 30 * Se detaljerad analys 26 34 ±0 - -2 ~300 Regn, snö 27 23 ±0 - -2 11 Snö, 1 h underkyld dimma 28 19 ±0 - -9 Data 142 Snö 29 9-4 - -9 Saknas 32 Snö, underkyld dimma 30 3-6 - -7 5 Snö, 2h iskristaller 31 19-3 52 Snö 32 12 ±0 - -3 82 Se detaljerad analys 33 8-2 - -14 186 Se detaljerad analys 34 12 +1 0 54 - ~300 Omgivet av dimma 35 12 +1 - -+2 14-114 Omgivet av dimma 36 10 +1 - +4-4 213 Omgivet av dimma 37 17 +1 - +2-1 25 Obetydlig indikering 38 21 +2 - -8-1 200 Regn 39 4-4 - -7-1 62 Se detaljerad analys 2008-12-31 2:a halvåret avslutat Tabell 2 Sammanställning indikeringsperioder förvintern 2008 10
7 Effektförlust på grund av nedisning Effektförlust pga nedisning kan beräknas såsom talet ett (1) minus kvoten mellan uppmätt effekt vid de tillfällen som nedisning skett (P i ) och nominell effekt (förväntad) utifrån den vindhastighet som rådde vid tillfället (P o ). I Bilaga 1 redovisas uppmätt och nominell effekt för ett antal intressanta indikeringsperioder. Sett som medelvärde är skillnaderna små, men för enskilda mätvärden kan skillnaderna vara stora. Samma förhållanden råder under perioder utan nedisning, se Figur 2 och 3 föregående sidor. Effektförlust pga nedisning (1-P i /P o ) Vind (V) Isförhållanden <V min V min <V<=V märk V märk <V<=V max V>V max Ingen isbildning 0 0 0 0 Lätt isbildning 0 0,03-0,05 0 0 Måttlig isbildning 0 0,1-0,5 0-0,1 0 Svår isbildning 0 Data saknas Data saknas 0 Avställt pga. risk för iskast 0 1 1 0 Tabell 3 Effektförlust under olika förhållanden Effektförlusten för kombinationen lätt/måttlig nedisning och V märk <V<=V max bygger på ett fåtal indikeringar. Det vi valt att klassa som svår nedisning inträffade ej under den tid mätningarna pågick (gränsfall; is bladframkant). (Det kan vara intressant att notera att vid flera tillfällen med kraftigt regn eller snöfall var uppmätt effekt högre än nominell effekt.) 11
8 Användning av IceMarkers 12 st IceMarkers monterades februari 2008, gråa till färgen, 50x50 mm. Detektering av isutbredning på rotorbladet via dessa fungerade relativt bra under vårvinterns väderleksförhållanden. Dokumentationsmetod: Kamera och blixt. (Inspektion via ficklampa även möjligt.) Fotograferingen fungerade dock ej om verket var omgivet av dimma, vid regn eller snöfall. Vid dessa tillfällen reflekterades blixtens (och ficklampans ljus) i stället mot luftens vattendroppar och/eller av snöflingor (sistnämnda vanliga väderleksförhållanden under förvintern och särskilt i samband med de perioder då dokumentation var önskvärd). Bild 3 Ingen is Bild 4 Delvis nedisad Bild 4 visar situationen vid början av en period med lätt nedisning, då isen var 0,2-0,3 mm tjock. Senare, när isen var ca 0,5 mm tjock, kunde inga IceMarkers observeras. Sålunda var rotorbladet, åtminstone i någon mån, nedisad längs hela sin längd redan vid lätt nedisning. 12
9 Risk för iskast Huruvida risk för iskast föreligger eller ej beror på en rad faktorer. Huruvida iskast (eller nedfallande is) sedan också innebär icke obetydlig risk för personskada beror i sin tur på en rad, delvis, andra faktorer. Bevakningsstrategi Utdrag ur den strategi som verkets ägare utvecklat, delvis med stöd av projektet (men utan att vid projekttidens slut ha infört hänvisningar till detektorutrustningens indikeringar): Riskperioder: Som stöd för bedömningen när icke obetydlig risk för nedisning föreligger håller driftansvarig/delegerad sig orienterad om förväntade temperaturer, väderleksfronter, vind- /kastriktningar* mm. Kontrollpunkter/lathund Temperatur i navhöjd Aktuell/förväntad kastriktning* (riskabel eller fördelaktig) Förväntad stabilitet i vind-/kastriktningen Aktuell/förväntad besöksfrekvens** Förväntad temperaturstabilitet och/eller förändring*** Typ av luftfuktighet * Kastriktning: Huvudsakligen den riktning bladen har när de passerar tornet och vänder uppåt (när tyngdkraften och den s k centrifugalkraften samverkar som mest). ** Besöksfrekvens; en rad faktorer att beakta (senhöst innan skidsäsong/ dag, natt, helg eller skollov/ sol eller busväder/ tänd eller släckt skidbacke/toppstuga ) ** Temperaturförändring: Förändring från minus till plus - i kombination med icke obetydlig nedisning och riskabel kastriktning - förutsätter driftstopp. Som bilaga till ovanstående lathund/del av bevakningsinstruktion har sedan ett antal specifika situationer beskrivits (Råd & anvisningar) som stöd för vilka aspekter som bör beaktas och vilka rutiner som kan vara lämpliga. Vissa råd & anvisningar är enbart aktuella för här specifikt verk (pga lokaliseringen/platsen). Andra är av mer generellt intresse. Kanske främst den under rubriken Nattkörning. Vid måttlig nedisning, fördelaktig kastriktning, släckt skidbacke och släckt toppstuga (inga kvällsarrangemang) är nattkörning ofta bästa riskminimeringen. Dels kan någon enstaka halvtimmes töväder inträffa i det luftskikt/på den höjd rotorn är, vilket under drift är tillräckligt för att tina loss isen (bättre kontakt/värmeöverföring mellan luft och blad). 13
Dels kan vindens bearbetning och tänjning av bladen bidra till att isen helt enkelt sprättar loss (is på den yttre delen av bladen). Dels kan, när luftfuktigheten är relativt låg (<80%), vindens bearbetning/driftläget påtagligt bidra till att isen successivt äts upp. Roterande rotor innebär visserligen en tilläggsrisk. Dock skall isen alltid ner någon gång. Kan man styra det skedet till natten är resultatet, de facto, en riskminimering. (Dagtid - när töväder, dagsmeja och sol kanske avgör avisningstidpunkt - kan aktiviteten på toppen vara stor samtidigt som inte alla, alltid, respekterar varningsskyltar, ev. varningsband etc.) Den i övrigt, ur personsäkerhetssynpunkt, viktigaste punkten i bevakningsstrategin är följande: Bevakning när isen lossnar: Störst risk för personskada, sedan verket väl har ställts av, råder under de timmar då den naturliga avisningen sker (riskgrupper: soldyrkare, skidåkare, nyfikna ). Bevakningen under pågående driftstopp skall därför, vid kombinationen påtaglig till svår nedisning och för utevistelse attraktiva dagar, koncentreras till de timmar dagtid/populär aktivitets-/utflyktstid när den naturliga avisningen väntas ske. 14