Obniżanie kosztów eksploatacji i utrzymania morskich turbin wiatrowych
Morska energetyka wiatrowa przeżywa obecnie rozkwit - wszystko dlatego, że budowane na morzu turbiny stanowią obiecujące źródło energii odnawialnej. W 2021 roku na terenie Unii Europejskiej łączna zainstalowana moc morskich turbin wiatrowych wynosiła 14,6 GW, a według szacunków ekspertów do 2030 roku możemy się spodziewać nawet 25-krotnego jej wzrostu. Co więcej, realizacja tych projektów odgrywa zatem kluczową rolę w spełnianiu założeń długoterminowych celów Unii Europejskiej w zakresie klimatu i energii. Nie zmienia to jednak faktu, że eksploatacja i konserwacja morskich turbin wiatrowych jest zarówno wymagająca, jak i niezwykle kosztowna. Przyczyną tego stanu rzeczy są warunki panujące na morzu, które powodują wysoki poziom korozji, a także utrudniony dostęp do samych turbin. „Podejmując próbę rozwiązania tych problemów, zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu WATEREYE postawił sobie za cel obniżenie kosztów utrzymania i konserwacji poprzez zaprojektowanie zintegrowanego rozwiązania, które umożliwi operatorom elektrowni wiatrowych dokładne przewidywanie przyszłych potrzeb w zakresie konserwacji w czasie rzeczywistym w sposób nienadzorowany”, wyjaśnia Ainhoa Cortés, koordynatorka projektu.
Bliższe spojrzenie na system monitoringu WATEREYE
„Naszym celem było zaprojektowanie inteligentnego systemu monitorowania korozji, obejmującego dwie kluczowe strefy każdej morskiej turbiny wiatrowej - strefę rozprysku i strefę atmosferyczną”, wyjaśnia Cortés. Koncepcja systemu opiera się na monitorowaniu korozji zewnętrznych elementów turbiny od strony powierzchni wewnętrznej. „Na potrzeby największych konstrukcji zespół opracował mobilną platformę opartą na dronie. Proponowany dron ma na pokładzie inteligentny system ultradźwiękowy pozwalający na pomiar dużej liczby punktów krytycznych w ciągu roku”, dodaje Cortés. Monitorowanie stref rozprysku wiąże się jednak z innymi wyzwaniami - przez ograniczony dostęp do tych obszarów użycie drona jest niemożliwe. W tym celu w ramach prac powstał układ inteligentnych czujników, które zostały zamocowane w taki sposób, by mierzyć najbardziej krytyczne punkty. „Dzięki czujnikom rozwiązanie WATEREYE mierzy grubość ścian, a następnie przekłada utratę grubości na poziom korozji”, wyjaśnia Cortés. Dane zebrane przez czujniki ultradźwiękowe są przesyłane bezprzewodowo do stacji bazowej znajdującej się wewnątrz turbiny wiatrowej. „Opracowaliśmy algorytmy, modele i narzędzia programowe do przetwarzania pozyskanych danych na potrzeby szeregu zadań”, dodaje Cortés.
Zwalczanie ograniczeń w zakresie efektywności obsługi i konserwacji
Rozwiązanie WATEREYE zostało przetestowane w rzeczywistych warunkach na platformie morskiej PLOCAN, gdzie badaczom udało się pomyślnie potwierdzić jego działanie i skuteczność. „Przetestowaliśmy głównie fizyczne elementy systemu - czujniki ultradźwiękowe i proces wykrywania korozji, pozycjonowanie drona oraz komunikację bezprzewodową”, tłumaczy Cortés. Rezultaty projektu wykazały, że rozwiązanie monitorujące może wykryć korozję dużych struktur z dużą dokładnością przy zachowaniu niskich kosztów, niskiej masy własnej oraz równie niskiego zużycia energii. „Naszemu zespołowi udało się zaprojektować niezwykle dokładny, bezobsługowy, szybki i nieinwazyjny ultradźwiękowy inteligentny czujnik, a także opracować elastyczny system monitorowania, który pozwala na badanie różnych rodzajów korozji i określenie grubości docelowych”, wyjaśnia Cortés. W ramach projektu udało się również udoskonalić metody kalibracji i protokoły komunikacyjne oparte na technologii częstotliwości radiowych w celu bezprzewodowego przekazywania pomiarów z wysoką niezawodnością wewnątrz metalowej wieży turbiny. „Kolejnym sukcesem projektu jest metoda na precyzyjne pozycjonowanie drona wewnątrz turbiny wiatrowej. Ponadto zespół opracował modele matematyczne pozwalające na ocenę szybkości degradacji w wyniku korozji oraz przewidywanie dalszych sposobów degradacji i mechanizmów awarii, na które będą narażone powłoki i materiały w danym środowisku”, tłumaczy badaczka. Dalsze działania projektu obejmą „dokładną analizę wżerów powstających w wyniku korozji - nasz pomysł polega na udoskonaleniu opracowanego rozwiązania ultradźwiękowego w celu ilościowego określenia wielkości wżerów”, podsumowuje Cortés.
Słowa kluczowe
WATEREYE, korozja, system monitorowania, morskie turbiny wiatrowe, eksploatacja i konserwacja, system ultradźwiękowy
