Инспекция и поддръжка на вятърни турбини

• Традиционните методи на инспекция често са сложни и скъпоструващи, а освен това са свързани и със значителни рискове за безопасността
  
  
• С внедряването на дронове в сектора на възобновяемата енергия, процесите на инспекция се подобряват бързо
  
  
• Огромно тяхно предимство е фактът, че не е необходимо вятърната турбина да спира работа за извършването на специфични инспекции, което елиминира загубите на енергия и приходи

Успехът на прехода към чиста енергия зависи от максималното увеличаване на производителността и свеждането до минимум на разходите за инвестиции във възобновяеми енергийни източници. Вятърните турбини са високоефективни активи, но се нуждаят от чести и детайлни инспекции и регулярна поддръжка, за да се гарантира пълната им функционалност и максимална производителност.

За много собственици на вятърни турбини и фирми, предлагащи услуга по поддръжка, това е много по-лесно на думи, отколкото на практика. Традиционните методи на инспекция често са сложни и скъпоструващи, а освен това са свързани и със значителни рискове за безопасността, което води до колебание, когато се инвестира в тези процедури. Регулярните инспекции и поддръжка обаче могат са от ключово значение за генерирането на максимално количество енергия и могат да бъдат осъществени и без високи разходи, престой и човешки ресурс.

Технологиите за интелигентна инспекция, като дронове и инструменти за анализ с изкуствен интелект предлагат ефективен поглед, позволяващ идентифициране на критични и опасни неизправности и оптимизиране на дейностите по поддръжка. Внедрявайки тези технологии, операторите на вятърни паркове могат значително да редуцират времето и разходите, свързани с инспекцията и поддръжката, като същевременно оптимизират експлоатационните параметри на турбините.

Какво обхваща инспекцията

Инспекцията на вятърните турбини не се извършва само в рамките на експлоатацията им. Полза от непрекъснат мониторинг има в следните етапи на жизнения им цикъл: по време и след производство; при транспортиране на компонентите на работната площадка; при изграждане на турбините на място; при гаранционни искове; проследяване на напредъка по изграждане на вятърни паркове; следене на оперативните параметри на турбините; превантивна поддръжка и оценяване на щети.

Инспектирането на компонентите на вятърните турбини на всеки един етап гарантира, че всички заинтересовани страни, участващи в проекта, са информирани и уверени в качеството и параметрите им. В допълнение, изграждането и експлоатацията на вятърните паркове струва скъпо, което означава, че ефективността е жизненоважна. Понижаването на себестойността на енергията (levelized cost of energy, LCOE) продължава да бъде приоритетна цел за индустрията.

Критично важните компоненти на една вятърна турбина са лопатките, основните лагери, генераторите, редукторите и главината. Лопатките на вятърните турбини са натоварени със задачата да се въртят, превръщайки кинетичната енергия в механична, която се използва за електрозахранване на домове, бизнеси и др. Износването и експозицията на метеорологичните условия предразполагат тези елементи към повреди.

Лопатките на вятърните турбини са изградени от стъклопласт и композитни смоли, които при излагане на определени условия създават редица проблеми. Най-малкият дефект по повърхността на лопатките може да редуцира аеродинамичната ефективност, което да доведе до намалена производителност.

При повърхностната инспекция се използват визуални техники, като камери, дронове или човешко зрение, за да се идентифицират всякакви проблеми. Визуално могат да бъдат регистрирани пукнатини, механично износване на предния ръб, последствия от падане на мълния или сблъсък с птица, разслояване. Ползата от регулярната инспекция на повърхността на турбинните лопатки е възможността за предприемане на ремонтно обслужване. Регистрирането на дефектите на ранен етап позволява удължаване на експлоатационния живот на компонента, без да се редуцира производството на енергия.

Вътрешната структура на лопатките е податлива на неизправности както по време на производствения процес, така и при експлоатация. За откриване на структурни дефекти се прилага инспекция под повърхността чрез термовизионни, ултразвукови, електромагнитни и радиографски безразрушителни технологии.

Крайната форма на инспекция на една вятърна турбина е изкачването й и навлизането във всяка една от трите лопатки. Техниците могат да влязат само на 28 метра във вътрешността им, което означава, че повече от половината им вътрешна структура остава неинспектирана. Освен това навлизането в лопатките е опасна, скъпа и неефективна процедура.

Лопатките са разделени на две секции и всяка една от тях трябва да се инспектира, за да се провери за пукнатини, липсващи или повредени компоненти и всякакви дефекти, които биха могли да доведат до неизправност. Потенциален проблем при офшорните вятърни паркове представлява и вътрешната корозия вследствие на наситения със сол въздух.

Някои вятърни паркове имат по няколкостотин турбини, които се нуждаят от ежегодна инспекция. Този фактор превръща обхождането на лопатките в неустойчив метод на инспекция. С внедряването на дронове в сектора на възобновяемата енергия обаче, процесите на инспекция се подобряват бързо.

Традиционни или съвременни методи

При традиционната инспекция на вятърни турбини висококвалифицирани техници използват въжета и захващащи системи за да извършат визуална инспекция, дейности по поддръжка и ремонт. Те оглеждат за щети по лопатките и оценяват състоянието на конструкционните материали.

Недостатъците на този метод са доста и не са пренебрежими. Първо, по време на инспекцията турбините не работят в продължение на часове, което води до загуба на приходи и енергия. Второ, работата на голяма височина е опасна и времеемка и шумът на вятъра и метеорологичните условия затрудняват инспекцията. В допълнение, повреденото оборудване на вятърните турбини само по себе си поставя работниците в опасност.

Поради тези причини секторът на възобновяемата енергия се обръща към технологията на дроновете, за да увеличи безопасността, ефективността и печалбите. Дроновете дават възможност персоналът да остане в безопасност на земята, докато устройствата вършат тежката работа.
Изкуствен интелект и усъвършенствани сензори позволяват на дроновете да оценят данните в реално време. Огромно тяхно предимство е фактът, че не е необходимо вятърната турбина да спира работа за извършването на специфични инспекции, което елиминира загубите на енергия и приходи.

Други предимства на инспекцията с дронове са възможността за смяна на сензорите с оглед осъществяването на различни видове инспекции, високата ефективност с подобрени времена на събиране на данни, получаване на изображения с висока резолюция, идентифициращи дефекти, които не могат да бъдат забелязани с човешко око. В допълнение, оперативните разходи за инспекция с дрон са значително по-ниски от тези, характерни за традиционните методи. Изключително ценно преимущество е възможността за следене на данните в реално време от наземна станция за управление. Дроновете също така могат да инспектират и вътрешността на лопатките.

Ситуацията при офшорните вятърни паркове е още по-сложна. Със стареенето на турбините по повърхността на лопатките се появяват малки грапавини, които генерират турбуленция, понижаваща ефективността. Ако не се предприемат действия, може да се стигне до по-сериозни проблеми, като износване на предния ръб и умора на повърхността. Непредвидимите метеорологични условия обаче предлагат малки времеви прозорци, позволяващи извършването на традиционна инспекция.

Сформирането на екип, който да се възползва от тези възможности, е меко казано трудно.
По-добро решение е използването на дрон, оборудван с термографски сензори. Тази технология измерва измененията в топлинния поток в материалите. Участъците със структурни дефекти създават триене и топлина и се оцветяват в светли цветове на термограмата. По този начин повредите се идентифицират, предоставяйки възможност за отстраняването на проблемите преди да се е стигнало до необходимост от престой.

Най-добри практики при поддръжка

Освен регулярна инспекция, поддръжката на вятърни турбини включва още няколко процедури. Правилното смазване е от ключово значение за безпроблемната и ефективна работа на вятърните турбини. Графикът за смазване трябва да бъде следван стриктно, а използваните смазочни вещества трябва да са с високо качество и да са подходящи за условията, в които функционира турбината.

Вятърните турбини често са изложени на тежки метеорологични условия и това може да доведе до натрупване на отломки, които да повлияят на ефективността на съоръженията. Редовното почистване може да спомогне за предотвратяването на това натрупване и да гарантира ефективната работа на турбините.

Компоненти, като лопатки, лагери и редуктори са обект на износване и трябва периодично да бъдат подменяни. Редовният мониторинг и инспекция могат да допринесат за идентифицирането на компонентите, които трябва да бъдат подменени, като тази дейност трябва да се извърши навреме, за да се избегнат по-сериозни проблеми.