Transformatory olejowe – ryzyko eksplozji a ochrona środowiska

Zagrożenia dla środowiska naturalnego wynikające z przemysłowej działalności człowieka to wciąż jeden  z najważniejszych problemów współczesnego świata. Nieustannie rozwijająca się branża przemysłowa, choć niezaprzeczalnie jest ważnym elementem w postępie ludzkości, wciąż stwarza wielkie zagrożenia ekologiczne. Decydenci z całego świata próbują rozwiązać ten problem m.in. poprzez coraz większe inwestycje w odnawialne źródła energii. Powstaje więcej farm wiatrowych, w tym również na morzu. Jednak i to rozwiązanie nie niweluje zagrożeń dla środowiska całkowicie. Jednym z dalej występujących niebezpieczeństw jest awaria transformatorów, które stanowią integralną część całego systemu pozyskiwania energii wiatrowej. Takie awarie mogą negatywnie wpłynąć na środowisko, ale system Sergi Transformer Protector pozwala ich uniknąć. Jak TP zabezpiecza transformatory?

Świadomość zagrożeń dla środowiska naturalnego wynikających z awarii transformatora, jak pokazują ostatnie lata, stale rośnie. Jednak czy wystarczająco szybko, aby zapobiec ich nieodwracalnym i bardzo niebezpiecznym skutkom? Wyobraźmy sobie następującą sytuację: w stacji transformatorowej pracującej przy jednej z morskich farm wiatrowych dochodzi do awarii transformatora. Powstaje pożar, a następnie eksplozja. Kadź transformatora mieszcząca w sobie setki litrów oleju zostaje rozerwana. Substancja wylewa się na zewnątrz
i dostaje się do morza. Rozlany olej narusza równowagę w wymianie energii, pary wodnej i gazów miedzy hydrosferą a atmosferą. W wyniku awarii transformatora flora i fauna wodna są narażone na ubytki tlenowe i kontakt z toksycznymi związkami. Następstwem tego może być wyginięcie wielu żyjących w morzach gatunków zwierząt i znajdujących się tam roślin. Brzmi to jak scenariusz filmu katastroficznego, niestety opisana sytuacja nie jest tak nieprawdopodobna.

Jak skutecznie chronić transformatory?

Średnia wieku transformatorów zlokalizowanych na całym świecie stale rośnie (w USA wynosi aż 35 lat). Tylko w 2021 roku doszło do kilku poważnych incydentów w Puerto Rico, Stanach Zjednoczonych, Tajwanie czy Wenezueli. Każdy z nich skutkował poważnymi przestojami. Nietrudno wyobrazić sobie zatem, co by było, gdyby nagle lawinowo dochodziło do awarii i wycieków oleju. Skutki dla całego ekosystemu byłyby katastrofalne. Jak zatem najlepiej zabezpieczyć się przed takimi konsekwencjami?

Od lat istnieją różne możliwości zabezpieczeń, jednak większość z nich okazuje się niewystarczająca. Np. przekaźnik Buchholza, choć często stosowany, charakteryzuje się dość wolnym czasem działania. Wykorzystywany jest także zawór upustowy bezpieczeństwa. Niestety, funkcjonuje on wyłącznie przy niskim wzroście ciśnienia, a ponadto nie ma odpowiedniej wydajności przy zwarciu łukowym. Przedsiębiorcy często zabudowują transformatory murem, jednak to jedynie zapobiega rozprzestrzenianiu się ognia, a nie jego powstawaniu. A jeśli mówimy o morskiej stacji transformatorowej, to możliwości jest jeszcze mniej. Eksperci jednak coraz chętniej polecają system Transformer Protector. I jeśli spojrzymy na statystyki, to okazuje się on najskuteczniejszy.

Ujmując to najprościej – Transformer Protector (TP) zapobiega eksplozji transformatora w ciągu kilku milisekund. Zmniejsza to znacznie czas przerwy w dostawie energii elektrycznej, minimalizuje związane z przerwami wysokie koszty czy zapobiega rozprzestrzenianiu się pożaru oleju na transformator i otaczającą go aparaturę. Ponadto, pozwala na szybką naprawę transformatora po zwarciu oraz – co najważniejsze – eliminuje ryzyko dla życia ludzkiego i zapobiega zanieczyszczeniom środowiska.

Dlaczego Transformer Protector jest tak chętnie stosowany?

Przede wszystkim TP znacznie poprawia ochronę transformatorów w porównaniu z innymi zabezpieczeniami, zwłaszcza gdy awaria powstaje od łukowych zwarć elektrycznych wewnątrz kadzi transformatora oraz komory przełącznika zaczepów. Dzięki możliwości aktywacji w czasie od 0,5 ms do 20 ms TP wyprzedza działanie innych podstawowych elektrycznych i nieelektrycznych zabezpieczeń transformatorów.

Działanie termiczne i dynamiczne prądu zwarcia zależy od wartości i czasu trwania. O ile nie mamy wpływu na wartość prądu zwarcia, to poprzez zastosowanie TP istnieje możliwość skrócenia czasu jego trwania, a tym samym ograniczenia zakresu uszkodzeń wywołanych przepływem prądu zwarcia. Stanowi to wyjątkową zaletę i sprawia, że to rozwiązanie jest wysoce efektywne, a zarazem optymalne finansowo. W przypadku awarii transformatora TP zapobiega zanieczyszczeniom środowiska naturalnego nie dopuszczając do jego skażenia olejem transformatorowym, a jednocześnie eliminuje ryzyko dla życia ludzkiego. Rozwiązanie wychodzi naprzeciw coraz wyższym wymaganiom światowych norm w zakresie ekologii. Dodatkowym atutem jest gwarancja ubezpieczenia OC w kwocie nawet 15 mln euro. Ponadto, TP minimalizuje zagrożenie ataku cybernetycznego na transformatory. Więcej o tym aspekcie przeczytasz TUTAJ.

Jak TP chroni transformatory?

Pasywny mechaniczny system Transformer Protector reaguje na ciśnienie dynamiczne wewnątrz kadzi spowodowane powstałym łukiem elektrycznym. System aktywuje się w momencie pierwszego piku ciśnienia. Dzięki temu reakcja następuje zanim powstanie wysokie ciśnienie statyczne, które mogłoby rozerwać kadź. Rozprężenie ciśnienia w kadzi jest możliwe dzięki zastosowaniu w komorze dekompresji membran bezpieczeństwa. Czas reakcji systemu na niebezpieczeństwo jest niezwykle szybki – od 0,5 do 20 milisekund. Ponadto, panel kontrolny zaraz po otrzymaniu dwóch niezależnych sygnałów z systemu inicjuje wtrysk azotu do wnętrza kadzi. Przepływ obojętnego azotu rozprowadza wybuchowe gazy uniemożliwiając ich kontakt z tlenem, jednocześnie chłodząc transformator. Po usunięciu gazów wybuchowych transformator jest bezpieczny i gotowy do przekazania serwisantom.

TP chroni tranformatory na sześciu kontynentach w 81 krajach

Do tej pory systemem TP zabezpieczono już ponad 3200 zakładów i, jak pokazują statystyki, system ani razu nie zawiódł. Po eksplozji transformatora w Australii, z końcem 2011 roku władze Eraring Energy postanowiły zainwestować właśnie w TP, chcąc całkowicie zapobiec podobnym zdarzeniom w przyszłości. Od jakiegoś czasu z systemu korzysta morska farma wiatrowa z Wielkiej Brytanii – Gwynt Y Mor, składająca się ze 160 wiatraków o łącznej mocy 576 MW. Morskie stacje transformatorowe zostały tam rozdzielone na dwie platformy, każda po 2 transformatory 160 MVA.

Ciekawym przykładem jest także czeska elektrownia CEZ Ledvice korzystająca z systemu TP od 2018 roku. TP od lat zabezpiecza także transformatory w Meksyku, Wielkiej Brytanii, Pakistanie, Stanach Zjednoczonych, Rosji, Francji, Niemczech, Turcji i Brazylii. Również nasi sąsiedzi z Czech, Ukrainy, Litwy czy Słowacji chętnie korzystają z tego rozwiązania w swoich elektrowniach czy farmach wiatrowych.

Prestiżowe certyfikaty i liczne rekomendacje

Transformer Protector został zarejestrowany w urzędzie patentowym w 1999 r. Od tego czasu cieszy się nieustannie rosnącym zainteresowaniem użytkowników i bardzo dobrymi opiniami wśród ekspertów. Posiada m.in. pozytywną ocenę Electricite de France (EDF) oraz renomowany certyfikat od niezależnego, akredytowanego laboratorium wysokiego napięcia CEPEL. Podczas XVI edycji Power-Gen Europe Transformer Protector otrzymał wyróżnienie za „Najlepszy Produkt 2008”. Nagrodę przyznano w zakresie najnowocześniejszej technologii wiodących na świecie innowatorów energetyki.

Potwierdzeniem skuteczności TP jest również pozytywna opinia wydana w 2020 roku przez Oddział Zagłębia Węglowego Stowarzyszenia Elektryków Polskich. W uzasadnieniu eksperci SEP uznali TP za technologicznie innowacyjne i skuteczne urządzenie w skali międzynarodowej. Eksperci SEP zwracają także szczególną uwagę na jego dopracowaną konstrukcję i dużą funkcjonalność. Urządzenie polecają także jego wieloletni użytkownicy. Jak podkreśla Florian Brantschen z Nant de Drance – do dzisiaj korzystanie z systemu Sergi TP jest dla nas w pełni satysfakcjonujące. Zdecydowaliśmy się na zainstalowanie sześciu systemów, na podstawie oceny ryzyka dla elektrowni.

O skuteczności systemu Transformer Protector przekonano się w Botswana Power Plant. W 2011 roku w jednym z transformatorów doszło tam do zwarcia łukowego. W jego wyniku TP zostało aktywowane. Jak przyznaje Onalenna Mosetlhe, dzięki systemowi Transformer Protector zbiornik nie został zdeformowany. Dodaje także, że kompleksowe naprawy trwały nie dłużej niż tydzień, a co najważniejsze – uratowano życie pracowników znajdujących się w niedalekiej odległości od transformatora. W bardzo szybkim czasie transformator mógł zostać ponownie uruchomiony.

Odnawialne źródła energii przyszłością planety

Konieczność ochrony środowiska staje się coraz częściej poruszaną kwestią w praktycznie każdej branży, również energetycznej. Eksperci z całego świata nieustannie poszukują nowych, bardziej ekologicznych, ale także ekonomicznych możliwości pozyskiwania energii elektrycznej. Ogromnego potencjału dopatrują się w odnawialnych źródłach energii, które obecnie zaspokajają jedynie ok. 11% zapotrzebowania ludzkości (18%, jeśli wliczyć do tego opalanie drewnem i biomasą). Według amerykańskiej agencji Energy Information Administration (EIA) światowe zapotrzebowanie na energię wynosi rocznie ok. 18 TW. Jeśli przyjrzymy się możliwościom, jakie dają
odnawialne źródła energii, ich potencjał wydaje się być dla nas nieograniczony. Docierająca do Ziemi energia słoneczna ma moc 5000 razy większą niż wynosi zapotrzebowanie ludzkości. Z kolei energia pozyskana w ciągu roku z samej siły wiatru mogłaby nam wystarczyć na prawie 50 kolejnych lat. Potencjał ten jest coraz bardziej dostrzegany.

W samym 2019 roku łączne inwestycje w odnawialne źródła energii wyniosły ponad 300 miliardów dolarów. Największy udział w tej kwocie mają Chiny (ponad 90 mld), następnie Stany Zjednoczone (prawie 60 mld) oraz Indie (ponad 11 mld). Kraje europejskie w tym okresie zainwestowały w odnawialne źródła energii łącznie ponad 58 miliardów dolarów. Unia Europejska w ramach polityki klimatyczno-energetycznej planuje szerokie działania mające w perspektywie zwiększyć wykorzystanie OZE. Według założeń do 2030 r. pozyskiwana energia w 32% ma pochodzić właśnie ze źródeł odnawialnych.

Morskie farmy wiatrowe – nieograniczony potencjał

Morska energetyka wiatrowa odgrywa coraz większą rolę na światowym rynku pozyskiwania energii. Zgodnie z raportem REN21 całkowita moc elektrowni, które wykorzystują odnawialne źródła energii za pomocą instalacji wiatrowych w 2019 roku wyniosła 651 GW. Dla porównania w 2009 roku moc ta wyniosła 159 GW. Zatem w ciągu zaledwie dekady liczba wzrosła aż czterokrotnie. Warto zaznaczyć, że szacunkowo z całej mocy dostarczanej przez wiatr w ciągu jednego roku można by uzyskać łącznie aż 870 TW. Energia elektryczna pozyskiwana z energii wiatru jest uważana za „ekologicznie czystą”, a sama praca turbin charakteryzuje się stosunkowo niskim wskaźnikiem emisyjności. Najwięcej mocy ze źródeł odnawialnych można pozyskać z energii słonecznej. Jednak energia wiatru, dzięki temu, że jest bardziej skoncentrowana, posiada większy potencjał, zwłaszcza jeśli dotyczy morskiej energetyki wiatrowej.

Farmy wiatrowe instalowane na morzach wymagają początkowo większych nakładów finansowych niż farmy lądowe. Jednak morze jest przestrzenią dającą dużo więcej możliwości. Przede wszystkim morskie wiatry są nie tylko stabilne, ale także dużo silniejsze, dzięki czemu moc dostarczana turbinom jest znacznie większa. Ponadto maszty na morzu mogą być niższe, a turbiny większe. To ostatecznie poprawia efektywność pracy. Warto zaznaczyć również, że umiejscowienie farm na lądzie ma swoje ograniczenia. Głównie jeśli chodzi o powierzchnię oraz odległość od ludzkich osiedli. W przypadku morza te ograniczenia przestają występować.

Energetyka wiatrowa w Polsce

Choć rozwój morskiej energetyki wiatrowej koncentruje się głównie na Morzu Północnym, to równie duży potencjał do wykorzystania jest możliwy na Morzu Bałtyckim. Do krajów, które obecnie inwestują na tym akwenie w energetykę wiatrową zaliczyć można przede wszystkim Danię i Niemcy. Jak szacują eksperci najbliższa dekada może w tym zakresie przynieść duże zmiany. Polska, ze względu na swoją linię brzegową, posiada duży potencjał do rozwoju w tym kierunku.

Ograniczeniem mogą być jednak regulacje prawne czy obecne wykorzystanie przestrzeni morskiej do innych celów gospodarczych. Zgodnie z zapisami ustawy o obszarach morskich, tworzenie morskich farm wiatrowych jest możliwe tylko na obszarze wyłącznej strefy ekonomicznej. Instytut Morski oszacował, że całkowita powierzchnia, na której można zlokalizować takie farmy wynosi ponad 3,5 tys. km 2. To potencjalnie daje możliwości produkcji ok. 35 GW. Warto także dodać, że według danych GUS w 2020 roku udział energii wiatrowej w krajowej produkcji energii elektrycznej wyniósł 10%. To prawie dziesięć razy więcej niż jeszcze 10 lat temu.

Stacje transformatorowe – zabezpieczać, by chronić środowisko

Wszystkie przedstawione informacje jasno pokazują, że zmierzamy w kierunku rozwoju potencjału odnawialnych źródeł energii, w tym również pozyskiwania jej za pośrednictwem farm wiatrowych. Przytoczona na początku artykułu ewentualna sytuacja związana z awarią transformatora, a co za tym idzie z zagrożeniem dla środowiska, staje się coraz bardziej realna. Stacje transformatorowe są niezbędnym elementem w całym procesie pozyskiwania i przekazywania energii elektrycznej z farm wiatrowych.

Eksperci nie mają wątpliwości, że przy niezachowaniu odpowiednich środków bezpieczeństwa, pożar czy eksplozja stacji transformatorowej to tylko kwestia czasu. Takie zdarzenie wiąże się najczęściej z rozerwaniem kadzi i wydostaniem się przepracowanego oleju na zewnątrz. Skład substancji jest wysoce chemiczny, zatem zagrożenie dla środowiska naturalnego jest bardzo duże. Okoliczna flora i fauna po kontakcie z olejem nie ma żadnych szans. Bez względu na to, czy mówimy o awarii na lądzie czy na morzu. Bo nawet, jeśli skażenie dotyczy różnych terenów, to zwykle ich skala jest równie duża.

Transformatory – prewencja najskuteczniejszym zabezpieczeniem

Zastosowanie skutecznego zabezpieczenia staje się więc koniecznością. Jego brak skutkuje poważnymi konsekwencjami. Dla przykładu warto przytoczyć zdarzenie z 2009 roku na tamie Sayano–Shushenskaya w Rosji. W wyniku eksplozji transformatora zginęło 75 osób, a co najmniej 40 ton oleju transformatorowego rozlało się na terenach o długości 80 km prowadzących w dół rzeki Jenisej. Doprowadziło to do skażenia, które m.in. zabiło wtedy 400 ton pstrągów hodowlanych w dwóch tamtejszych nadrzecznych łowiskach. Z kolei w 2011 roku w Australii doszło do wybuchu jednego z transformatorów prądotwórczych w elektrowni Eraring Energy. Olej dostał się do kanału odpływowego, a następnie do pobliskiego jeziora Macquarie stwarzając poważne zagrożenie środowiskowe. Straty całego zdarzenia oszacowano wtedy na prawie 20 mln dolarów.

Te zdarzenia powinny być przestrogą, że bez odpowiednich zabezpieczeń skutki działalności człowieka mogą być bardzo dotkliwe nie tylko finansowo, ale przede wszystkim ekologicznie. Prężnie rozwijający się rynek pozyskiwania energii odnawialnej m.in. za pośrednictwem farm wiatrowych z pewnością jest milowym krokiem w zakresie ochrony środowiska. Należy jednak pamiętać, że ten sposób pozyskiwania energii elektrycznej nie jest wolny od zagrożeń, a awaria transformatora jest tutaj jednym z najczęstszych. Dlatego odpowiednie zabezpieczenie może znacznie poprawić jakość całego procesu i przynieść lepsze efekty. W najbliższych latach z pewnością będziemy świadkami rewolucyjnych zmian. Świadomość w zakresie ochrony środowiska i w konsekwencji bezpieczeństwa transformatorów stale rośnie, jednak nadal kluczowa jest tutaj rola przedsiębiorców, którzy muszą dostrzec, że odpowiednie środki bezpieczeństwa to przede wszystkim opłacalna w długiej perspektywie inwestycja. Na szczęście coraz więcej przedsiębiorców zdaje sobie z tego sprawę.