Zmiany w energetyce wiatrowej dzięki automatyzacji kontroli łopat wirnika turbiny
Konwersja energii kinetycznej wiatru na energię elektryczną jest ekonomiczną i zrównoważoną technologią, która przyczynia się do światowego postępu. A Europa odgrywa w tej dziedzinie wiodącą rolę. Tylko w zeszłym roku turbiny wiatrowe stanowiły ponad 40 % wszystkich nowo powstających instalacji energetycznych w Europie, a obecnie pokrywają około 15 % zapotrzebowania tego kontynentu na energię elektryczną. To w Europie swoje siedziby ma trzech z pięciu największych producentów turbin wiatrowych, a jej łączny udział w światowym rynku sprzedaży turbin wynosi 40 %. Według danych dotyczących roszczeń ubezpieczeniowych zgłoszonych w Stanach Zjednoczonych w 2012 roku około 40 % wszystkich roszczeń odszkodowawczych dotyczyło uszkodzeń łopat turbin. Obecnie na rynku nie ma technologii pozwalającej na wychwytywanie usterek, zanim spowodują one awarię. Wszystko to wkrótce może się zmienić dzięki unijnemu wsparciu finansowemu dla projektu BladeSave, w ramach którego opracowano zintegrowany z konstrukcją system monitorowania stanu technicznego zarówno dla nowych, jak i starszych instalacji.
Potężne turbiny: większy zysk, większe ryzyko
Wiele się zmieniło w ciągu tysiąca lat, które minęły od pierwszych, znanych z historii wiatraków do mielenia zboża, które wznoszono z drewna i gliny na terenie Persji. Współcześnie są to olbrzymie turbiny wiatrowe, których łopaty mogą osiągać długość ponad 50 metrów, przy czym te największe na świecie są dłuższe od boiska do piłki nożnej, w związku z czym znoszone przez nie obciążenia mają niekorzystny wpływ na stan materiałów kompozytowych, z których są wykonane. Przegląd i konserwacja łopat nadal opiera się na kontroli wzrokowej mającej na celu określenie potencjalnych zagrożeń. Okresy między przeglądami mogą wynieść nawet kilka lat, co zwiększa ryzyko powstania i pogłębiania się uszkodzeń, a nawet może prowadzić do katastroficznej w skutkach awarii. Nawet jeśli usterka zostanie zauważona, coraz mniejsze pule środków przeznaczanych na przeglądy i naprawy często zmuszają właścicieli/operatorów do usuwania jedynie tych najpoważniejszych wad. Ostatecznie może to wymagać wymiany całej turbiny zamiast jej naprawy, co w efekcie powoduje długie przerwy w pracy – wymiana turbiny trwa zazwyczaj 12 miesięcy, a w niektórych przypadkach dłużej. Zespół projektu BladeSave zaproponował skuteczne rozwiązanie tego problemu.
Zaawansowane wsparcie techniczne dla zaawansowanych turbin
BladeSaveTM to całodobowy system monitorowania stanu technicznego konstrukcji z funkcją automatycznej oceny ryzyka i automatycznego raportowania, który stanowi niezwykle atrakcyjną alternatywę dla archaicznej, kosztownej i nieefektywnej kontroli wzrokowej. System ten wykorzystuje czujniki światłowodowe wbudowane w wewnętrzną powierzchnię łopaty kompozytowej. Technologia światłowodowej siatki Bragga oferuje wiele możliwości detekcji, łącznie z wykrywaniem emisji akustycznej. Czujniki są automatycznie dostrajane, aby rozpoznawać częstotliwości sygnatur związane z tworzeniem się i propagacją uszkodzeń. Komputer pokładowy BladeSaveTM wstępnie przetwarza dane i wysyła je za pośrednictwem chmury w celu dalszej analizy i ustalenia kategorii ryzyka. Użytkownik końcowy jest powiadamiany za pomocą świateł sygnalizacyjnych wyświetlanych na pulpicie użytkownika, które wskazują aktualne ryzyko oraz zalecane postępowanie. Benn Faulkner z firmy Renewable Advice, koordynator projektu, wylicza zalety tego innowacyjnego rozwiązania: „System BladeSaveTM koreluje dane dotyczące częstotliwości emisji akustycznej łopat z określonymi typami uszkodzeń, takimi jak pękanie matrycy, rozwarstwianie się czy pękanie włókien podczas pracy łopat. Z kolei automatyczna lokalizacja usterek przyspiesza przegląd i naprawę, a badanie wytrzymałości zmęczeniowej pozwala na lepszą ocenę długoterminowego działania turbin i wydłużenie okresu ich eksploatacji”. Faulkner zaznacza, że bez unijnego wsparcia dla projektu BladeSave jego realizacja zostałaby uznana przez partnerów konsorcjum za zbyt ryzykowne przedsięwzięcie. Obecnie system jest niemalże gotowy do wprowadzenia na rynek. Co ważne, został opracowany w taki sposób, aby można go było zintegrować z zarówno nowymi, jak i już użytkowanymi łopatami wirników. Z pewnością rozwiązanie to znajdzie swoje zastosowanie, zwłaszcza że UE zamierza podwoić moc elektrowni wiatrowych do 2030 roku w stosunku do podaży z 2016 roku oraz zwiększyć do 30 % udział energii wiatrowej w dostawach energii na terenie UE.
Słowa kluczowe
BladeSave, łopata, turbina, monitorowanie stanu technicznego konstrukcji, kontrola łopat, czujniki, emisja akustyczna, energia wiatrowa, światłowodowa siatka Bragga
