Niższe koszty energii wiatrowej dzięki nowej technice monitorowania
Do realizacji celów UE przewidujących zwiększenie udziału produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych do 20% do roku 2020 potrzeba od 119 000 do 165 000 nowych turbin wiatrowych. Obecnie eksploatowane turbiny nie osiągają jednak planowanej, 20-letniej żywotności, a koszty eksploatacji i konserwacji podczas 20 lat pracy są zaporowo wysokie. W ramach projektu MONITUR (Reduction in maintenance costs of wind turbine renewable electricity generation through online condition monitoring) zajęto się ulepszeniem technik monitorowania stanu, aby europejskie turbiny wiatrowe spełniały swoje wymagania projektowe. Naukowcy skupili się na nowych analizach częstotliwości w czasie i algorytmach do maszyn obrotowych, które różnią się od klasycznych metod stosowanych do sygnałów stacjonarnych. Nowa metodologia umożliwia dokładniejsze przewidywanie żywotności komponentów na podstawie pomiarów doświadczalnych, a nie obliczeń, co pozwoli radykalnie obniżyć koszty konserwacji. Metoda MONITUR polega na zastosowaniu trójosiowego akcelerometru zainstalowanego u podstawy łożyska wału niskoobrotowego turbiny wiatrowej. Akcelerometr rejestruje wibracje w trzech płaszczyznach (pionowej, poziomej i osiowej), a dane dotyczące wibracji i prędkości obrotowej wału są na bieżąco analizowane w celach diagnostycznych. Implementując koncepcję MONITUR, badacze posłużyli się zupełnie nowymi metodami. Analiza zmęczenia części obrotowych opiera się na pomiarach wibracji turbiny wiatrowej i prędkości obrotowej wału turbiny w połączeniu z ciągiem nowatorskich technik przetwarzania sygnału. Zastosowane algorytmy wykrywają częstotliwości rezonansowe części obrotowych w określonych przedziałach czasowych pracy. Obliczenia diagnostyczne są wykonywane już na wczesnych etapach zmęczenia materiału, co pozwala zminimalizować liczbę fałszywych alarmów i niewykrytych problemów. Nowo opracowana metoda obliczania naprężeń łopaty turbiny wiatrowej powodowanych przez wibracje obracającego się wału umożliwia prognozowanie przyszłych uszkodzeń zmęczeniowych w czasie rzeczywistym i odpowiednie planowanie konserwacji prewencyjnej. Technika szacowania wibracji zespołów obrotowych w wielu modach wzbudzanych wibracjami wału umożliwia identyfikowanie podstawowych przyczyn uszkodzeń zmęczeniowych. Niektóre z podstawowych przyczyn uszkodzeń zmęczeniowych to błędy projektowe, wady materiałowe lub błędy instalacyjne. Sektor produkcji urządzeń i świadczenia usług dla elektrowni wiatrowych jest w znacznej mierze zdominowany przez duże firmy. Wyniki projektu MONITUR otwierają przed małymi i średnimi przedsiębiorstwami szansę poczynienia istotnych postępów w pracach nad dobrze zdefiniowanymi zagadnieniami dotyczącymi technologii monitorowania stanu turbin wiatrowych podczas pracy.
Słowa kluczowe
Technika monitorowania, turbiny wiatrowe, konserwacja prewencyjna, generowanie energii elektrycznej, MONITUR
