Systemy wbudowanych inteligentnych czujników monitorujących turbiny wiatrowe

Systemy wbudowanych inteligentnych czujników monitorujących turbiny wiatrowe

Systemy wbudowanych inteligentnych czujników pozwolą operatorom przybrzeżnych farm wiatrowych sprawdzać kondycję turbin wiatrowych, siedząc w ciepłym fotelu podczas, gdy turbiny pracują na pełnym morzu.

Stało się to możliwe dzięki zastosowaniu w łopatach turbiny czujników mierzących zmiany i uszkodzenia struktury łopaty, w ich wczesnym stadium, na długo przed tym zanim ulegnie ona awarii. Zdalne monitorowanie uszkodzeń przybrzeżnych farm wiatrowych mogłoby pozwolić zaoszczędzić znaczące ilości pieniędzy, gdyż pozwoliłyby wydłużyć przerwy między kolejnymi przeglądami. Co więcej, funkcjonowanie farm stałoby się bezpieczniejsze i stabilniejsze, gdyż systemy takie umożliwiają kontrole stanu łopat po każdej burzy. Projekt, w ramach którego powstaje nowy system, został nazwany właśnie Smart Embedded Sensor Systems (SESS).

Zadaniem nowego systemu jest monitorowanie kondycji każdej turbiny, oraz przesyłanie stosowanych informacji do operatora znajdującego się na brzegu. Gdy operator uzna to za konieczne, może wysłać techników w celu dokonania naprawy jeszcze zanim turbina stanie z powodu awarii.

Jedną z instytucji biorących udział w projekcie jest Riso DTU. W jego laboratoriach testowane są modele opisujące reakcje materiałów kompozytowych na pracę w różnych warunkach, a także klasyfikowane są różne rodzaje uszkodzeń jakie mogą wystąpić.

Idea zakłada stworzenie modelu zgodnego z zasadą głoszącą, iż wiele pojedynczych zdarzeń prowadzi do jednego większego. Wiele małych zmian w strukturze materiału łopaty powinno być równocześnie monitorowanych tak, by móc ocenić ich sumaryczny wpływ. w ten sposób możemy przewidzieć moment, w którym określona łopata powinna zostać poddana naprawie.

Narzędzie to umożliwia konstruowanie nowych rodzajów łopat, a także przewidywanie tego jak uszkodzenie będzie postępować. Czujniki te dają również możliwość przeprowadzenia obliczeń prognozujących pozostały czas życia turbiny w oparciu o jej aktualny stan.

Modele zostały opracowane i zweryfikowane za pomocą mechanicznych testów wykonywanych na materiałach, elementach konstrukcji, a także całych łopatach.

Czujniki wykorzystywane podczas testów maja za zadanie dostarczać szczegółowych danych o postępach. Są to typowe czujniki wykorzystujące, między innymi: światłowody, materiały piezoelektryczne, czy tensometry. Monitorują one różne rodzaje uszkodzeń jakie mogą pojawić się w łopacie.

„Naszym celem jest skonstruowanie zintegrowanego systemu czujników, który może wykonywać wiele zadań równocześnie. Będzie on potrzebny przyszłym systemom zdalnego monitorowania łopat turbin wiatrowych. Żaden pojedynczy typ czujnika nie będzie w stanie zapewnić wszystkich niezbędnych informacji pozwalających ocenić stan łopat turbiny, gdyż istnieje wiele potencjalnych źródeł ich uszkodzeń.” – stwierdzili Malcolm McGugan i Kaj Borum z Wydziału Materiałoznawstwa Riso DTU.

„Główną zaletą dla nas jest to, że możemy testować łopaty na różnych poziomach, od mikroskopijnych pęknięć materiału, po testy całej konstrukcji; i wszystko to możemy badać w Riso Experimental Research Facility for Blade Structure.” – dodali McGugan i Kaj. „Intencją jest włączenie nowych czujników w strumień danych, które są przesyłane z turbiny już dziś, zgodnie ze standardami IEC. Adaptując zintegrowane czujniki do tych standardów, stworzyliśmy podstawę do monitorowania kluczowych elementów turbiny wiatrowej, włącznie z jej łopatami.” – dodali.

Nowe czujniki monitorujące kondycje będą prawdopodobnie wdrażane stopniowo. W przyszłości zostaną one wykorzystane zapewne również i w innych dziedzinach, na przykład w: lotnictwie, budowie mostów, statków, czy budynków. Wierzymy, że takie systemy będą w stanie przewidzieć, na przykład, czy dach hali sportowej po obfitych opadach śniegu nie grozi zawaleniem się.

(lk)