Lepsza ochrona łopat turbin wiatrowych przed uderzeniami piorunów
Odległe lokalizacje wielu turbin wiatrowych sprawiają, że prace konserwacyjne i naprawy są drogie. Często też wiążą się z poważnymi wyzwaniami logistycznymi, zwłaszcza gdy dotyczą turbin wiatrowych instalowanych na morzu. Jedną z głównych przyczyn uszkodzeń turbin są wyładowania atmosferyczne. Co gorsza, problem staje się coraz bardziej zauważalny ze względu na rosnące rozmiary tego rodzaju instalacji. Wystarczy uszkodzenie jednej łopaty wirnika przez piorun, aby całkowicie uniemożliwić eksploatację całej turbiny. Instrumenty wsparcia Unii Europejskiej dla małych i średnich przedsiębiorstw umożliwiły opracowanie, przetestowanie, certyfikację i wprowadzenie na rynek systemu ochrony odgromowej Lightning Interception Blade Implant (LIBI) w ramach projektu LIBI. Rozwiązanie to przeznaczone jest dla producentów i dostawców turbin, a także operatorów elektrowni wiatrowych. W rezultacie projektu powstało ponad 30 zróżnicowanych adaptacji ogólnych koncepcji instalacji odgromowych, dostosowanych do indywidualnych potrzeb i specyfikacji klientów. Doskonałe osiągi, szybki montaż Uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi stanowią jedno z największych zagrożeń dla działalności elektrowni wiatrowych, podobnie jak erozja krawędzi natarcia łopat wirników. Z tego powodu wszyscy producenci turbin wiatrowych są zobowiązani do instalowania w swoich rozwiązaniach systemów ochrony odgromowej. Dotychczas producenci stosowali w tym zakresie opracowane przez siebie rozwiązania, które były zarówno pracochłonne, jak i kosztowne, a sytuacji nie ułatwiał fakt, że opracowanie skutecznej instalacji odgromowej może trwać nawet kilka miesięcy. Ponadto tego rodzaju systemy są często bardzo złożone, w szczególności gdy uwzględni się wymagania dotyczące materiałów, procesów, wytwarzania, masy, czasu oraz kosztów rozwiązania. „W oparciu o doświadczenia naszych klientów i po przeprowadzeniu badań szeregu rozwiązań w naszym laboratorium stwierdziliśmy, że tradycyjne systemy instalacji odgromowych były zbyt złożone, w zbyt dużym stopniu zależne od umiejętności techników zajmujących się ich montażem, a także zbyt mocno powiązane z konstrukcją łopat wirnika – w związku z tym, każda zmiana w konstrukcji łopaty wymagała opracowania nowej instalacji odgromowej”, stwierdził koordynator projektu, dr Soren Madsen. „W związku z tym zdecydowaliśmy się na opracowanie systemu ogólnego przeznaczenia, wstępnie przetestowanego i certyfikowanego, który wymaga jedynie dokonania prostych zmian i dostosowania do konstrukcji łopat danego wirnika”. Opracowane w ramach projektu rozwiązanie LIBI jest implantem wbudowanym w konstrukcję łopaty, który zapewnia stuprocentową skuteczność w wychwytywaniu wyładowań atmosferycznych. Końcówka implantu LIBI sięga końcówki łopaty wirnika, a wspólnie z pierwszą parą receptorów bocznych, zlokalizowanych w odległości około 1 metra od końcówki łopaty, zapewnia punkty kontaktowe dla wyładowań. Po trafieniu implantu LIBI przez wyładowanie atmosferyczne, prąd wyładowania płynie przez przewodnik (kabel wysokiego napięcia na pierwszych 10-15 metrach, następnie konwencjonalny kabel na pozostałym odcinku) umieszczony wewnątrz łopaty wirnika, aż do jej początku. Izolacja pokrywająca wewnętrzne części metalowe gwarantuje, że początkowe wyładowania nie są w stanie przedostać się przez powłokę łopaty, co zmniejsza ryzyko jej awarii. Większość pracy jest zwykle wykonywana w fabryce, co przyspiesza cały proces, a jednocześnie zapewnia stałą i wysoką jakość produkcji. System może zostać również wykorzystany do modernizacji wirników wyposażonych w niedostateczne zabezpieczenia odgromowe, a także w łopatach wirników już uszkodzonych w wyniku wyładowań atmosferycznych. Zarówno instalacja implantu LIBI w nowych wirnikach, jak i dodanie ich do istniejących łopat, otrzymały stosowne certyfikaty. Zachęty do korzystania z ekologicznych źródeł energii Rozwiązanie LIBI znacząco ograniczy przestoje turbin wiatrowych w wyniku uszkodzeń spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi, a jednocześnie pozwoli zmniejszyć koszt produkcji energii wiatrowej, co będzie stanowiło bodziec motywujący do szybszego zastępowania elektrowni węglowych nowymi, bardziej ekologicznymi źródłami energii. „Jesteśmy głęboko przekonani, że rozwiązanie LIBI jest ważnym krokiem w kierunku zwiększania konkurencyjności nowoczesnego źródła energii, jakim jest energia wiatrowa. Wierzymy, że takie rozwiązanie przyniesie korzyści wszystkim mieszkańcom naszej planety”, stwierdził dr Madsen. Dotychczas zostały przeprowadzone wszystkie obowiązkowe badania i testy wymagane przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC 61400-24 Ed2), w tym dwa testy wysokiego napięcia w celu określenia wydajności wychwytu, a także dwa testy wysokiego natężenia, w ramach których sprawdzono wpływ łuku elektrycznego na receptory, a także możliwości kabli i połączeń w zakresie przewodzenia prądu. Rozwiązanie przeszło także testy mechaniczne, a także testy pracy w podwyższonych i bardzo niskich temperaturach, wynoszących od -40 °C do 65 °C. Rozwiązanie LIBI jest obecnie sprzedawane w dużych ilościach na rynkach Europy i Azji. Do października zeszłego roku zainstalowano około 2 000 systemów LIBI, a na rok 2019 przewidywana jest instalacja ponad 6 000 takich systemów.
Słowa kluczowe
LIBI, turbina wiatrowa, łopata, piorun, implant, receptor, modernizacja, ekologiczna energia, napięcie, natężenie, zrównoważony rozwój
