/energi

Professor: Stumper fra smadret vindmølle kan flyve en kilometer væk

Risikozonen omkring en løbsk vindmølle er næsten en kilometer, og inden for den radius er risikoen en tusindedel for at blive ramt, viser beregninger, som en DTU-professor har lavet for Energistyrelsen.

Af Kent Krøyer, tirsdag 26. feb 2008 kl. 16:38

Hvis bremserne på en vindmølle svigter, kan de tonstunge vinger blive slynget op til 350 meter væk. Hvis vingen går i stykker, kan fragtmenterne volde skade hele 800 meter fra vindmøllen.

Det viser en beregningsmodel, som professor Jens Nørkær Sørensen, Institut for Mekanisk Teknologi, DTU, udviklede for 25 år siden, og som stadig er gyldig.

Det tog professoren et år, inden han havde alle tænkelige momenter dækket i modellen, som blev bestilt af Energistyrelsen.

Modellen omfatter blandt andet, hvordan en flyvende vinge opfører sig aerodynamisk i luften, og hvordan den kan rutsje hen ad jorden, hvis den ikke planter sig lodret som en dolk.

Modelmøllen ligner nutidens vindmøller
En del af beregningen blev baseret på en mølle ved Esbjerg, som i sin tid først blev kaldt Projekt K og siden Tjæreborgmøllen. Møllen var på to MW og havde et 60 meter højt tårn og vinger på 30 meters længde, nogenlunde tilsvarende fysik som nutidens møller.

Den store beregning fylder mange sider med statistiske modeller, som kan bruges til at vurdere, hvor stort et område der skal afspærres, når bremserne svigter, og vindmøller løber løbsk.

P = 10 i minus tredje for at blive ramt
Sandsynligheden for at ramme personer, der bevæger sig inden for de 800 meter, som stumperne kan flyve væk, er en tusindedel. Bortset fra helt tæt på møllen, hvor risikoen vokser.

»Det sjove er, at denne sandsynlighed på en tusindedel er konstant over et stort område. Det er lidt pukler i sandsynlighedsfordelingen med et lokalt minimum og et lokalt maksimum, men groft sagt er den ret konstant,« fortæller Jens Nørkær Sørensen.

Der er ikke her taget hensyn til, hvilken retning vinden kommer fra. Dels fordi radialvinklen lige ud for vingerne er den mest risikable, dels fordi folk, der kommer forbi til fods eller i bil, ikke nødvendigvis tænker over, hvordan vinden vil påvirke vragstumpers retning, hvis møllen om et øjeblik går i stykker.

Vindhastigheden er ret ligegyldig
Vindhastigheden har mærkværdigvis ikke den helt store betydning for sikkerhedszonen.

»Banekurven afbøjes med vinden, men selve den afstand, stumpen flyver, forandres ikke,« forklarer Jens Nørkær Sørensen.

Stumpernes facon er med i denne del af beregningen. Jo større vægtfylde eller jo mere kugleform, des mindre bliver afbøjningen. Så den linie, der dannes ved at projicere rotorplanet ned på jorden, er teoretisk set det mest risikable sted at opholde sig.

Beregningens forudsætninger
Størst betydning har vingernes tiphastighed, vingelængden og tårnhøjden.

»Dengang havde K-møllen en normal tiphastighed på 100 m/s. I dag bruger man 70-80 m/s af hensyn til støj,« fortæller Jens Nørkær Sørensen.

Det gælder vel at mærke under normal drift. Når møllen løber løbsk, kommer hastigheden meget længere op, som det blev set i tv-klippet om Vestas-møllen ved Halling, som splintredes fredag 22. februar.

»Beregningsforudsætningen er en tiphastighed på 200 meter per sekund, og det er nok et godt bud på, hvor hurtigt det går, hvis man skal tage efter, hvad jeg så i tv forleden dag,« siger Jens Nørkær Sørensen.

Aerodynamisk facon har betydning
I det øjeblik, vingen eller en stump af vingen forlader møllen, er det løsrevne stykkes hastighed vigtig - og lidt uforudsigelig. Det samme gælder retningen, som følger en tangent til rotationen.

»En vinkel på cirka 45 grader opad giver den største kasteafstand,« siger Jens Nørkær Sørensen.

Spredningen af vragstykker er altså en statistisk fordeling med mange variabler hen over det tilliggende jordstykke. En hel, løs vinge kan efter den fordeling ramme et sted mellem 230 meter og 350 meter væk fra møllens sokkel.

Hvis vingerne går i stykker, som det skete i Halling og i Udby, spredes stumperne i en afstand op til mellem 650 meter og 800 meter. Den teoretiske model svarer nøje til virkeligheden.

Det er med i beregningen, at nogle stykker kan være flade i forskellig grad, og dermed kan have en aerodynamisk bæreevne, som giver dem forlænget flyvelængde.

Ahornfrøet har været med i modellen
»I beregningen af sandsynligheden for at blive ramt inden for den afstand har jeg også taget hensyn til, at stumper eller en hel vinge kan slå smut hen over jorden,« forklarer Jens Nørkær Sørensen.

Hvad sker der, hvis en hel møllevinge, som er tung i den ene ende, begynder at opføre sig som et ahorn-frø?

»Ja, så autoroterer den omkring sig selv. Det har jeg også regnet på. Men det er faktisk det bedste, der kan ske. For så bremses den vandrette hastighed, og så daler den mere lodret ned. Men jeg anser det altså for at være ret usandsynligt,« siger Jens Nørkær Sørensen.



26. feb 2008 kl 21:33

avatar

Erik Herse

Videoklip fra YouTube

Dette videoklip taler vel for sig selv!

http://www.youtube.com/watch?v...HwcA


27. feb 2008 kl 09:11

Tyge Vind

Hvad gælder?

For dampturbiner gælder IEC 45-1 som norm, i tyskland DIN EN 45510-5-1 for omløbstal og sikkerhed mod og ved høje omløbstal.
For vindmøller i Danmark kender jeg ikke til de tilsvarende normer.

Kan nogen oplyse om dette?
Kan ing. eller professor Jens Nørkær Sørensen, Institut for Mekanisk Teknologi, DTU, henvise til eller give baggrund for artiklen?

Visse forhold finder jeg selvfølgelige ved beregning af et vindmøllehaveri:
1. Det kan intræffe ved max vindhastighed
2. Det kan intræffe uden generatorlast
3. Det kan intræffe ved max omløbstal
4. Det kan intræffe med vilkålig disintegration
5. Det kan intræffe ved max tiphastighed

Industri og myndigheder bør vide, hvad man regner med i Danmark?

Artiklen spørger:
"Hvad sker der, hvis en hel møllevinge, som er tung i den ene ende, begynder at opføre sig som et ahorn-frø?
Og svaret:
»Ja, så autoroterer den omkring sig selv. Det har jeg også regnet på. Men det er faktisk det bedste, der kan ske. For så bremses den vandrette hastighed, og så daler den mere lodret ned. Men jeg anser det altså for at være ret usandsynligt,« siger Jens Nørkær Sørensen."

Med min erfaring og test som barn gælder for Ahorn-frø og med eksempel for vindmølledel ved vindhastighed vm=50 m/s:
Delen kastes ved haveriet op til en højde h=200 m, og derfra daler den vertikalt med vfv=1 m/s under tiden t=200 s og bevæger sig horisontelt med vindhastigheden vfh=50 m/s.

Min beregning viser, at delen kan bevæge sig strækningen s=vfh*t=50*200= 10 km.
Så vis er naturen mht. ahorn-frø, og sådan tror jeg også vi skal regne for at være på den sikre side ved vindmøllehaverier.

Vil man regne med andre tal, er det så enkelt, at de fleste kan det.

Mvh Tyge


27. feb 2008 kl 09:48

Uffe Korsbech

Vælt nogle møller

Jens Nørkær Sørensen har gennemført beregninger over nedslagsfordelingen af stykker fra ødelagte vingemøller. Det er, så vidt jeg har forstået, sket på basis af teoretiske modeller.

Ville det ikke være relevant at "kalibrere" modellerne ud fra eksperimenter. Da der alligevel skal nedtages en række ældre møller de kommende år, kunne man lade "nedtagningsmøller" placeret på egnede lokaliteter køre løbsk og se, om model og praksis stemmer overens.

De udvalgte møller skal naturligvis forsynes med diverse måleudstyr, så man kender de parametre, der skal indgå ved sammenligning med modellerne - ligesom forsøgene skal filmes i detaljer.

Med en eller flere kalibrerede regnemodeller vil man også kunne foretage beregninger for de nye, større møller.

Og skulle det være umuligt at få en mølle(vinge) til at bryde sammen ved løbskørsel, ville det vel også være nyttig information for konstruktørerne!


27. feb 2008 kl 09:56

Ove Andersen

Hvor lang er en km?

I overskriften står der den flyver 1 km.
I "underoverskriften" står der næsten 1 km.
I brødteksten står der 800 meter.

1 km. er da alligevel 25% længere end 800 meter, så lidt af en afrunding ;)


28. feb 2008 kl 09:16

avatar

Henrik Sørensen

Sikring mod fragmenter

Vil man ikke med fordel kunne indbygge en failsafe mekanisme som ved et bestemt omdrejningstal eller belastning, "skyder" vingerne af. Dette sikre, at der ikke opstår langtrækkende fragmenter. Dog vil de hele vinger kunne anrette større skader end fragmenterne. Det er nok et spørgsmål om pest eller kolera.


28. feb 2008 kl 09:23

avatar

Henrik Sørensen

Sikring mod fragmenter

En eventuel indhegnet sikkerhedszone vil dog kunne formindskes, hvis man kan garantere hele vinger i stedet for fragmenter.


29. feb 2008 kl 09:16

Tyge Vind

Sikring

Henrik fremlægger anvendelige forslag, som dog ikke bør kaldes "fail safe", da der kræves et aktivt signal.

Fail safe kaldes en funktion, når noget indtræffer ved signalbortfald f. eks. ved vakuumbortfald, når vogne skilles ad i et tog, og vognene bremses.

Air bag i en bil er ikke fail safe koblede, når bagen aktiveres ved spændingsbortfald. Funktionen kræver spænding, men anses alligevel så sikker, at den ikke behøver testes regelmæssigt.

En sikrere løsning end Henriks forslag er måske mit fra en anden tråd:
En sprængladning i tårnet lægger møllen ned, på en kontrolleret måde ved alle vindhastigheder.
Som sidste sikkerhed, naturligvis og ikke fail safe, men også mulig at bruge f. eks., hvis man taber kontrollen over en brand. Funktionen kan ikke testes regelmæssigt!

En passende lav og tæt bevoksning indenfor totalhøjdens radie kan måske fange en løbs mølle i faldet så nogen dele kan genbruges?

Erfaringen viser, at metertykke træbeklædninger inde i sprænggrave kan fange turbinedele.

MEN dansk vindkraftindustri bør arbejde med så høj primær sikkerhed, så den slags nødløsninger ikke skal være nødvendige.

Mvh Tyge


01. mar 2008 kl 17:44

Ole Stein

De kan flyve langt...

Har set en vinge fra en 300KW Kenetech mølle flyve 900m...men har aldrig hørt nogen komme til skade af en flyvsk mølle vinge...

I Tyskland er der tjek af møller hver 4. år indtil de passerer 12år, så er det hvert 2. år. Hvorfor har man ikke det i Danmark? Vore biler skal jo også tjekkes.


03. mar 2008 kl 08:09

Tyge Vind

Re: De kan flyve langt...

Regner vindmølleindustrien med ekstremvind ve=70 m/s, og at en vinge kan være h0=200 m over nedslagspladsen, vil en vinge med faldhastigheden vf=1 m/s havne pa en afstand af an m:

an=h0*ve/vf=70*200/1=14 000 m=14 km teoretiskt.

Det har man jo også erfaring af med alle mulige bygningsdele ved ekstreme vindhastigheder.

Mvh Tyge


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.

Eksterne links om klima
Klimadebat.dk