Dokładniejsze przewidywanie usterek układów elektrycznych turbin wiatrowych
Wiatr jest najbardziej opłacalnym źródłem energii odnawialnej, dzięki czemu pomaga w zaspokojeniu zapotrzebowania na energię elektryczną oraz w ograniczeniu zużycia paliw kopalnych. Technologia ta jest dosyć dojrzała, a począwszy od roku 1990 jej średnie roczne tempo wzrostu sięga ponad 26%. Jednakże, aby dążenia UE do pokrycia 20% unijnego zapotrzebowania na elektryczną energią wiatrową w ciągu dwóch najbliższych dekad mogły zostać zrealizowane, wymagane jest zwiększenie niezawodności i zmniejszenie kosztów operacyjnych tej technologii. Zredukowanie liczby awarii elektrycznych może przyczynić się do rozwiązania problemów nie tylko z turbinami stosowanymi obecnie, ale i z tymi, które będą powstawać przyszłości. Naukowcy i inżynierowie opracowali zatem inteligentną sieć czujników służącą do zaawansowanej diagnostyki i konserwacji predykcyjnej systemów elektrycznych. Prace te przeprowadzono w ramach projektu WIND TURBARS (On-line intelligent diagnostics and predictive maintenance sensor system integrated within the wind turbine bus-bar structure to aid dynamic maintenance scheduling), finansowanego ze środków UE. Konsorcjum udało się zaprojektować model komponentów elektrycznych turbiny wiatrowej: generator, prostownik aktywny, inwertor i filtr wyjściowy. Modelowanie danych prawidłowego działania systemu pozwoliło określić punkt wyjścia umożliwiający przeprowadzenie oceny momentu powstawania błędów oraz symulacji kluczowych defektów elektrycznych, które sklasyfikowano w oparciu o szczegółowy przegląd literatury przedmiotu. Partnerzy projektu ocenili także szereg modeli matematycznych i ich przydatność do identyfikacji oznak degradacji i defektów. Dowiedziono, że degradację można wykryć na kilka tygodni, a nawet miesięcy przed wystąpieniem awarii. Ponadto, wykorzystano modele i symulacje do zidentyfikowania potencjalnych czujników i wybrania podstawowych komponentów. Technologia WIND TURBARS pozwoli operatorom elektrowni wiatrowych na ograniczenie czasu przestojów, a tym samym zmniejszenie strat związanych z przerwami w produkcji energii elektrycznej. Umożliwi też minimalizację wydatków na obsługę i naprawę urządzeń dzięki odpowiednio wczesnej wymianie podzespołów i prowadzeniu konserwacji zapobiegawczej. Dzięki umożliwieniu usuwania usterek elektrycznych w turbinach wiatrowych, projekt WIND TURBARS powinien mieć ogromne znaczenie dla budowy morskich farm wiatrowych, szczególnie zważywszy na ogromne utrudnienia związane z przeprowadzaniem kontroli i napraw w tych obiektach. Nie należy również zapominać o korzyściach, jakie przyniesie ona sektorowi elektrowni lądowych, a także branży modernizacji technologii wiatrowych. Wyniki projektu mogą wnieść istotny wkład w realizację planów UE w zakresie rozwoju źródeł odnawialnej energii poprzez zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego za pomocą zrównoważonej i przyjaznej środowisku energii wiatrowej.
Słowa kluczowe
Turbina wiatrowa, przestój, inteligentna sieć czujników, system elektryczny, WIND TURBARS, diagnostyka, modele matematyczne
