La luce alla base del futuro monitoraggio dei riduttori nelle turbine eoliche
Fornendo informazioni in tempo reale sulle prestazioni dei riduttori, il nostro sistema permette di affrontare problemi di primaria importanza in questo settore, come la scarsa visibilità dei carichi effettivi, i guasti imprevisti e l’inadeguatezza delle operazioni nel parco eolico.
Eric van Genuchten, coordinatore del progetto GearUp
I riduttori per turbine eoliche sono componenti essenziali che mettono in connessione le pale lente di una turbina eolica a un generatore ad alta velocità, consentendo in tal modo di realizzare una produzione efficiente di elettricità: aumentando la velocità di rotazione delle pale, il riduttore assicura il funzionamento ottimale del generatore. Diversi fattori, tuttavia, tra cui la fluttuazione dei carichi della turbina e le sollecitazioni ambientali, possono causare inefficienze o guasti imprevisti dei riduttori, per cui il loro monitoraggio risulta essenziale al fine di migliorare l’affidabilità, limitare i tempi di inattività e ottimizzare la produzione di energia. Per affrontare queste sfide, il progetto GearUp(si apre in una nuova finestra) sta sviluppando un sistema basato sulla fotonica per il monitoraggio del carico e della coppia dei riduttori. Creata da un’impresa comune tra Sensing360(si apre in una nuova finestra) e Sentea(si apre in una nuova finestra) e co-finanziata dall’UE attraverso il programma Orizzonte Europa(si apre in una nuova finestra), nonché da RVO(si apre in una nuova finestra) e da VLAIO,(si apre in una nuova finestra) questa soluzione innovativa supporta l’intero ciclo di vita delle turbine eoliche, dalla convalida della progettazione al funzionamento nel parco eolico. «Fornendo informazioni in tempo reale sulle prestazioni dei riduttori, il nostro sistema permette di affrontare problemi di primaria importanza in questo settore, come la scarsa visibilità dei carichi effettivi, i guasti imprevisti e l’inadeguatezza delle operazioni nel parco eolico», osserva Eric van Genuchten, il coordinatore del progetto.
Illuminare la salute dei riduttori in tempo reale
Il sistema di GearUp consiste in un chip fotonico integrato con un’unità di controllo incorporata (interrogatore) che elabora i dati (come quelli relativi a carico e coppia) raccolti dal chip, una configurazione che consente al sistema di raccogliere misure estremamente precise e veloci. In particolare, la soluzione è in grado di misurare le variazioni nel riduttore a una velocità di 20 kHz per ogni sensore a fibre ottiche utilizzato. L’accuratezza di queste misure è incredibilmente elevata, fino a 1 picometro, garantendo di rilevare in tempo reale anche le più piccole variazioni di carico o coppia del riduttore. Il sistema funziona utilizzando un tipo particolare di sensore, ovvero un reticolo di Bragg in fibra: «Si tratta di un minuscolo sensore ottico incorporato nella fibra che viene fissato direttamente intorno al riduttore per misurare la deformazione e la temperatura», spiega van Genuchten. «Quando il riduttore subisce variazioni a livello di carico o di sollecitazione, la luce che attraversa la fibra cambia leggermente. L’interrogatore fotonico rileva questi spostamenti di luce ad alta frequenza di campionamento e li traduce in dati utili, come la quantità di coppia o di carico del riduttore, l’efficacia nella ripartizione del carico e persino la velocità e la temperatura di funzionamento del riduttore stesso», spiega van Genuchten. «Il risultato è un sistema di sensori semplice e completo, facile da installare e in grado di trasformare le operazioni fisiche del mondo reale in dati digitali utilizzabili. Poiché i segnali sono ottici, il sistema è immune alle interferenze elettromagnetiche e ai fulmini, il che rappresenta un grande vantaggio per le turbine eoliche che operano in ambienti difficili», aggiunge van Genuchten.
Costi di riparazione inferiori, maggiore produzione di energia
Questa tecnologia apporta notevoli benefici al settore dell’energia eolica. «Monitorando la coppia, il carico e gli indicatori di ripartizione planetaria del carico, il sistema è in grado di identificare i potenziali problemi prima che si aggravino. Ad esempio, può ridurre il costo di un’importante riparazione da 500 000 euro da eseguire su un riduttore, consentendo di risparmiare la metà di tale valore», afferma van Genuchten. Il sistema fornisce inoltre dati precisi e in tempo reale sui carichi reali, permettendo di effettuare un migliore controllo in turbina e il bilanciamento dei carichi nel parco eolico, che possono allungare la vita delle turbine di una percentuale compresa tra il 10 e il 20 % e aumentare la produzione di energia a livello di parco eolico fino al 7 %. Prima applicazione industriale della fotonica per i riduttori delle turbine eoliche, GearUp consente di ottimizzare la progettazione, la convalida, la messa in servizio, la gestione della manutenzione e il funzionamento del parco eolico. Concepito per essere efficiente dal punto di vista dei costi, il sistema ha un prezzo di vendita target di 5 000 euro, il che lo rende accessibile per un’adozione diffusa. Dopo il completamento del progetto, le fasi successive prevedono l’ottenimento delle certificazioni CE e PLC nei mesi successivi. Oltre all’energia eolica, il sistema di GearUp dispone di un notevole potenziale di mercato in svariati settori, quali petrolifero e del gas, marino, automobilistico e dei macchinari pesanti, dove vengono utilizzati riduttori planetari e cuscinetti analoghi. Il consorzio ha riunito Sensing 360 e Sentea ed è stato co-finanziato da Orizzonte Europa, dall’Agenzia olandese per le imprese (RVO) e dalle Fiandre per l’innovazione e l’imprenditorialità (VLAIO).