Przepisy ogólne
Przeszkody lotnicze oznakowuje się zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 stycznia 2021 r. w sprawie przeszkód lotniczych, powierzchni ograniczających przeszkody oraz urządzeń o charakterze niebezpiecznym (Dz.U. z 2021 r. poz 264).
Zasady oznakowania przeszkód terenowych, do których należą siłownie wiatrowe dużej mocy, określa ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 25 czerwca 2003 r. w sprawie sposobu zgłaszania oraz oznakowania przeszkód lotniczych (Dz.U.2003.130.1193 oraz z 2006 r. poz. 53). Zgodnie z § 2.1 rozporządzenia zgłoszeniu podlegają :
1) stałe lub tymczasowe obiekty budowlane oraz obiekty naturalne lub ich części, o wysokościach przekraczających powierzchnie ograniczające, określone w przepisach w sprawie warunków, jakie powinny spełniać obiekty budowlane oraz naturalne w otoczeniu lotniska;
2) obiekty budowlane o wysokości 100 m i więcej powyżej poziomu otaczającego terenu lub wody, zlokalizowane na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej, w tym na polskich wodach terytorialnych Morza Bałtyckiego;
3) obiekty budowlane oraz obiekty naturalne lub ich części trudno dostrzegalne z powietrza na tle otoczenia z powodu ich barwy, położenia lub konstrukcji oraz inne naziemne obiekty budowlane oraz obiekty naturalne lub ich części, zlokalizowane w strefach dolotu do lotniska i odlotu, szczególnie w terenie pagórkowatym i górskim, uznane przez Prezesa lub przez właściwy organ nadzoru nad lotnictwem wojskowym za przeszkody lotnicze.
W przypadku lotnictwa wojskowego zgłoszeniu podlegają” wszystkie stałe lub tymczasowe obiekty budowlane o wysokości 50 m i więcej. „.
§ 3. Oznakowanie przeszkód lotniczych znakami przeszkodowymi powinno być widoczne z każdej strony, z której może zbliżać się statek powietrzny, oraz powinno wskazywać położenie, ogólny kształt i rozmiary przeszkody lotniczej.
§ 4. Jeżeli lotnisko jest użytkowane wyłącznie w porze dziennej, w warunkach widzialności określonych dla danego lotniska, przeszkody lotnicze w jego otoczeniu mogą być wyposażone tylko w dzienne znaki przeszkodowe.
Zasady znakowania dziennego i nocnego określają też osobne przepisy Szefostwa Infrastruktury Lotniskowej (SIL) oraz Główny Inspektorat Lotnictwa Cywilnego GILC. Poniżej przedstawiam wymagania dla oznakowania dziennego i nocnego w Polsce i na świecie.
Sposoby oznakowania dziennego
§ 21. (2) Elektrownie wiatrowe będące przeszkodami lotniczymi powinny mieć zewnętrzne końce śmigieł pomalowane w 5 pasów o jednakowej szerokości, prostopadłych do dłuższego wymiaru łopaty śmigła, pokrywających 1/3 długości łopaty śmigła (3 koloru czerwonego lub pomarańczowego i 2 białego). Pasy skrajne nie mogą być koloru białego.
Fot. Zgodne z przepisami oznakowanie dzienne elektrowni wiatrowej.
Oznakowanie nocne elektrowni wiatrowej
§ 31. Elektrownie wiatrowe będące przeszkodami lotniczymi oznakowuje się światłem średniej intensywności oznaczonej w załączniku nr 2 do rozporządzenia jako typ B, umieszczonym na najwyższym miejscu gondoli.
Rys. Załącznik nr 2 do rozporządzenia.
Fot. Lampa średniej intensywności 2000 cd SMART BEACON typ SB2000. Zintegrowany system sterowania GPS/GLONASS, ułatwiający współpracę zespołu lamp pracujących na obiektach typu farma turbin wiatrowych lub innych, wymagających synchronicznej pracy. Czas życia do 100.000 godzin. Dopuszczalna temperatura pracy od -55 do +55C.
W przypadku krajów zachodnich znakowanie przeszkód lotniczych jest znacznie bardziej rozbudowane.
Przepisy odnośnie zasad znakowania przeszkód lotniczych zawarte są między innymi w wytycznych oznakowania i oświetlenia turbin wiatrowych (Wind Turbine Marking & Lighting (M&L)) Według okólnika doradczego 70/7460-1 rozdział 13:
W szczególności
Dla siłowni o wysokości <499 stóp (około 152m), wystarczy jedna lampa osadzona na szczycie gondoli i niskiej intensywności, np. typu L-864. Przy wysokościach siłowni między 499 a 699stóp (152-213m) stosowane są co najmniej dwie lampy typu L-864 umieszczone na szczycie gondoli, często w taki sposób, aby były widoczne z każdej strony, także przy postoju śmigła (płat wirnika turbiny w czasie postoju może zakrywać jedną z lamp). Przy jeszcze większych wysokościach stosuje się dodatkowo oświetlenie wykonane w połowie wysokości wieży, w postaci co najmniej trzech lamp o średniej intensywności np. L-810 rozmieszczonych symetrycznie na obwodzie wieży. Tutaj dla wież o średnicy do 6m należy stosować 3 lampy, a dla średnicy > 6m – 4 lampy. Rysunki do przepisów poniżej.
ICAO (ang. International Civil Aviation Organization), czyli Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego posiada jeszcze nieco inne przepisy. Według ich wytycznych dla:
- wież wiatrowych o wysokości < 45m należy stosować jedno światło umieszczone na gondoli o niskiej intensywności rzędu 32 cd (candeli)
- wieże o wysokości od 45-105m powinny posiadać oświetlenie na gondoli o średniej intensywności rzędu 2000 cd, oraz dodatkowe w połowie wysokości wieży w ilości jak wyżej o średniej lub niskiej intensywności
- wieże wiatrowe > 105 m wysokości należy sukcesywnie wyposażać w kolejne oświetlenie i tak, na gondoli należy przewidzieć główne oświetlenie o średniej intensywności w licznie minimum 2 lamp, na wieży najniżej położone lampy powinny mieć niską intensywność świecenia, a na następnych piętrach głównie średniej intensywności.
Jeśli chodzi o oznakowanie dzienne, to generalnie turbiny o dużej wysokości (>150m) powinny być malowane na kolor biały RAL 9010. W rejonach długotrwałego zalegania śniegu wieże turbin wiatrowych mogą być dodatkowo pomalowane na całej wysokości w pasy biało-pomarańczowe, typowe dla lotnictwa (rys. poniżej).
Fot. Wieża wiatrowa oznakowana w kolorze biało-pomarańczowym w rejonie długotrwałego zalegania śniegu.
Najnowsze trendy w oświetleniu przeszkodowym siłowni wiatrowych to system EST 10, polegający na umieszczeniu w każdej końcówce płata diod elektroluminescencyjnych LED które pobudzane są do świecenia tylko wtedy gdy płat znajduje się pod kątem ±60º od maksymalnego położenia pionowego tego płata.
Rys. Zasada działania systemu EST 10.
Czy wszystkie turbiny muszą być oświetlone w nocy?
Tak, jeśli występują pojedynczo, lub w znacznych odległościach od siebie. Przy farmach wiatrowych i dużej liczbie turbin nie wszystkie z nich muszą posiadać oświetlenie, przy czym za farmę wiatrową uznaje się instalację składająca się co najmniej trzech turbin.
Przed oznaczeniem i oświetleniem farmy turbin wiatrowych należy określić jej konfigurację i ukształtowanie terenu. Poniżej opisano najczęściej występujące konfiguracje.
1. Liniowa. Farmy turbin wiatrowych w prostej, sekwencyjnej konfiguracji, często zlokalizowane wzdłuż grzbietu, zbocza góry lub granic płaskowyżu lub pola. Linia może mieć nieregularny kształt lub być okresowo przerywana, a jej wielkość może się różnić – od kilku turbin do wielu turbin tworzących linię o długości kilku mil.
2. Klaster. Farmy turbin wiatrowych rozmieszczone w układzie kołowym. Klaster charakteryzuje się zazwyczaj wyraźnym obwodem, z różnymi turbinami rozmieszczonymi wewnątrz okręgu w różnych, nieregularnych odległościach w jego środku.
3. Siatka. Farmy turbin wiatrowych rozmieszczone w kształcie geograficznym, takim jak kwadrat lub prostokąt, w którym turbiny są rozmieszczone w równych odstępach od siebie w rzędach, co sprawia wrażenie, że stanowią część kwadratowego wzoru.
W większości przypadków nie wszystkie turbiny wiatrowe w obrębie farmy wiatrowej muszą być oświetlone. Przy farmie linearnej, oświetlenie przeszkodowe powinno być rozmieszczone zawsze na skrajnych turbinach farmy, oraz tak, aby nie było nieoświetlonych odstępów ani przerw większych niż 0,80 km (1/2 SM). Turbiny wiatrowe w obrębie siatki lub klastra nie powinny mieć nieoświetlonego odstępu ani przerwy większej niż 1 SM (1,61 km) wewnątrz siatki lub klastra. Na obwodzie siatki i klastra odległości miedzy oświetlonymi turbinami nie powinny przekraczać już 1/2 SM. Oczywiście także w tym rozumowaniu znajdziemy wyjątki. Jeśli np. w pobliżu farmy znajdują się pojedyncze turbiny wiatrowe należy je osobno oświetlić. Dodatkowe oświetlenie winno też pojawić się na jednostkach, które znacząco wyróżniają się wysokością i przekraczają pułap pozostałych turbin na farmie o więcej niż 100 stóp (około 30,5m).
System ADLS
Światła przeszkodowe turbin wiatrowych potrafią bardzo utrudniać życie okolicznym mieszkańcom, szczególnie gdy pracują w sposób migowy. W nocy, przy dużej farmie wiatrowej i kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu takich migających lampach, ich widok jest uciążliwy i powoduje u wielu osób problemy z zaśnięciem. Aby uniknąć związanych z tym protestów opracowany został system ADLS (Aircraft Detection Lighting System), czyli system oświetlenia detekcji statków powietrznych. System ten w sposób ciągły monitoruje przestrzeń wokół farmy wiatrowej i uruchamia światła przeszkodowe dopiero wtedy, gdy w kontrolowanej przestrzeli pojawia się samolot. Gdy przestrzeń powietrzna jest pusta światła pozostają wyłączone.
W systemie ADLS stosowane są radary lub transpondery umiejscowione bezpośredniej bliskości farmy wiatrowej, lub nawet na jednej z turbin. Zasięg badania przestrzeni pwoietznej wynosi zwykle:
- w poziomie (tzw. horizontal coverage) – 3 mile czyli około 5,5km
- w pionie (vertical coverage) – 1000 stóp, czyli około 304
System radarowy wykrywa obiekty za pomocą fal radiowych analizując ich wysokość, kierunek ruchu i odległość od przeszkody. Współpracuje przy tym z elementem wykonawczym, który odbiera sygnał z radaru i uruchamia oświetlenie turbin. Rozwiązanie jest skuteczne ale nie dla wszystkich obiektów. Dość słabo radzi sobie np. z obiektami małymi, lub poruszającymi się na małej wysokości, jak balony, szybowce, czy małe samoloty sportowe. Pod względem wykrywalności takich obiektów lepiej spisuje sie system transponderowy. Transpondery komunikują się ze statkiem powietrznym poprzez jego system lokalizacji (np. system ADS-B) który automatycznie pokazuje aktualną pozycję samolotu chroniąc go przed kolizją z innymi obiektami. Transponder zwykle współpracuje na farmie z tzw. radarem wtórnym. Ten ostatni wysyła sygnał do statku powietrznego wymuszając odpowiedź w postaci czterocyfrowego kodu odbieranego przez transponder. jak działa transponder w praktyce?
Omówię to na przykładzie rozwiązania firmy WAGO. Odbiornik transpondera pełni funkcję skrzynki nadrzędnej (master box), która jest zainstalowana centralnie na farmie wiatrowej i obsługiwana przez Deutsche Windtechnik. Z kolei każda pojedyncza turbina wiatrowa jest wyposażona w skrzynkę podrzędną (slave box), dzięki której można sterować oświetleniem ostrzegawczym. Skrzynka ta jest zainstalowana w gondoli turbiny.
Odbiornik transpondera przekazuje sygnał do skrzynek ADLS co pięć milisekund. Jeśli przez 20 milisekund skrzynki nie otrzymają żadnego sygnału, wówczas ze względów bezpieczeństwa sygnalizacja ostrzegawcza włączy się automatycznie. Podobnie dzieje się w przypadku wystąpienia usterki w skrzynkach. W przypadku gdy usterka dotyczy skrzynki nadrzędnej transpondera, wówczas zapala się sygnalizacja ostrzegawcza na gondolach wszystkich podłączonych do niej turbinach wiatrowych. Jeśli błąd wystąpi w skrzynce podrzędnej na konkretnej turbinie, wtedy tylko ona miga na czerwono. Sygnalizacja świetlna jest więc wyłączana wyłącznie wtedy, gdy wszystko działa bez zarzutu i do farmy nie zbliża się żaden obiekt latający.
Fot. Radar wykrywający statki powietrzne.
Jak system ADLS działa w praktyce można zobaczyć na poniższym filmie.