Управление на ветроенергийни системи

за максимална енергийна ефективност

Правилното управление и експлоатация на ветроенергийните системи е определящо за максимизиране на тяхната ефективност и съответно бърза възвръщаемост на инвестицията. Целта е да се осигурят оптимални работни параметри на централата във всички експлоатационни условия и да се поддържат техническите възможности на системата на най-високо ниво, за да се избегнат непредвидени повреди, които могат да доведат до спиране работата на ветрогенераторите и финансови загуби. Ключовите аспекти на ветроенергийния мениджмънт засягат мониторинга на оборудването чрез различни видове техники, анализ на получените данни и предприемане на адекватни действия от страна на операторите за повишаване производителността на турбината, намаляване на експлоатационните разходи, понижаване на застрахователния риск и защита на активите.

Мониторинг на техни-ческото състояние

Най-новите тенденции в управлението и поддръжката на вятърните турбини включват използването на системи за наблюдение състоянието на оборудването (Condition Monitoring Systems). Този тип наблюдение включва измерване на физическите параметри и анализ на специфичните характеристики на отделните компоненти. Данните могат да бъдат получени чрез вибрационен анализ, анализ на маслото, инфрачервена термография, ултразвукова дефектоскопия и др.

Системата за управление записва всички получени данни и паралелно с това ги сравнява със зададените спецификации за всеки етап. При регистриране на отклонения се осъществяват съответните корекции съгласно предварително интегрираните в системата алгоритми. В случай че системата не може да коригира отклонението самостоятелно, то тя генерира съобщение за грешка и го изпраща до дежурния оператор. Ако повредата или отклонението от стандартните експлоатационни условия застрашава сигурността на вятърния генератор, системата е в състояние и да преустанови изцяло работата му. От своя страна, операторът анализира получените данни и при нужда променя настройките или предприема други действия.

Анализ на вибрациите

Анализът на вибрациите е важен аспект при наблюдението на вятърните турбини, тъй като спомага за определяне на състоянието на ротиращите компоненти. В случая с вятърните турбини, това са основният вал, предавателният механизъм, съединителят и генераторът. Промените в амплитудата на вибрацията както за широколентовите честоти, така и за специфичните, носят информация, която опитните анализатори могат да използват, за да определят какво се случва с машината.

Някои от производителите фабрично разполагат върху турбината датчици за вибрации, които отчитат данни в аксиални и радиални посоки. В зависимост от приложимия честотен диапазон, се използват или позиционни датчици (нисък диапазон), датчици за скорост (среден диапазон) или акселометри (висок диапазон) за извършване на това измерване. Датчиците за вибрации се монтират на наблюдаваните компоненти и изпращат аналогов сигнал, който е пропорционален на моментното локално движение. От събраните данни може да се направи анализ на хармониците, който дава подробна информация за представянето на компонентите и позволява по-лесна диагностика.

Освен в задвижващите механизми, могат да се наблюдават вибрациите и в структурата на турбината - в основата на конструкцията и в гондолата. Така се получава информация по отношение на структурното огъване и аеродинамичния ефект на вятъра. От данните на тези датчици може да се определи дали някой от наблюдаваните компоненти има проблеми преди да се повреди.

Качество на маслото

Маслото е ключов компонент във вятърните системи, защото неправилното смазване може да понижи ефективността и да предизвика механични неизправности. В голямата си част износването на лагерите и предавките е в резултат от неправилно смазване и може да доведе до по-сериозни проблеми в задвижването на турбината. Обикновено, за целта се използва инструмент, който може да определи качеството на маслото и да удостовери наличието на замърсители. Замърсяването с вода на индустриалните масла играе основна роля в това замърсяване. Също така, високите нива на влага могат да доведат до прегряване, корозия или фатална неизправност на компонентите.

Мониторинг на деформациите

Наблюдението на деформациите е обичайна техника за определяне на здравето на структурата при вятърните турбини и най-вече на роторните перки. Измерванията се правят с датчици за измерване на деформациите, които могат да се поставят на всяко място на перката, но като цяло разпределението варира в зависимост от броя датчици. Препоръчително е датчиците да се поставят в конфигурация, която оптимално да показва модела на напрежение на перката и да се вземат предвид посоките на шарнирно окачване. Някои производители вграждат фиброоптични датчици в перките, за да опростят връзките от перката до устройството за запис на данни и по този начин постигат минимално влошаване на сигнала при големи разстояния.

Акустичен и температурен анализ

Измерванията на шума на вятърните турбини са широко използвани, за да се гарантира, че вятърната система отговаря на стандарти като IEC 61400-11:2002 на Международната електротехническа комисия. Наблюдението на акустиката за откриването на възможни неизправности използва микрофони, за да измери шума от турбината както отвътре, така и отвън. При вътрешното наблюдение измерването се фокусира върху предавателния механизъм и основния лагер, докато цялостният шум от турбината се наблюдава външно. За анализа на резултатите специалистите използват специален софтуер.

Температурата е друга физична величина, която може да се използва за превантивна поддръжка. Измерва се чрез различни датчици, но най-често използваните сред тях са термодвойки или съпротивителни сензори (RTD). Освен външната и вътрешната температура на турбината, се следи и температурата на отделни компоненти като ротора и статора на генератора.

В допълнение към основното оборудване, от което се нуждае един функциониращ вятърен парк, е препоръчително, ако размерът на проекта може да гарантира инвестицията да се изградят няколко мачти с метеорологично оборудване. То позволява по-всеобхватно наблюдение на работните характеристики на вятърния парк. Ако ветроенерегийната система не функционира в съответствие със заложените в проекта характеристики, ще бъде важно да се установи дали това е поради лошо механично представяне или заради по-ниски от очакваните вятърни ресурси. Поради тази причина в големите вятърни паркове има една или повече постоянни метеорологични мачти, които се монтират още преди изграждането на вятърния парк.

Анализ и обработка на получените данни

Наблюдението на състоянието на турбините и техните експлоатационни характеристики включва и интегрирането на системи, които могат да събират и обработват данните и да изолират специфични характеристики. За целта най-често се използват SCADA системи. Те действат като „нервен център” на парка - свързват отделните турбини, подстанцията и метеорологичните станции към централен компютър. По този начин може да се наблюдава и управлява работата на всички турбини, както и на целия вятърен парк. Системата записва всички дейности, работни характеристики, сигнали за грешки и позволява на оператора да определи какво да предприеме при нужда. SCADA системата трябва да подпомага производството на енергия, да спомага за контрола на напрежението или на честотата, или да понижава производителността на енергия в отговор на инструкциите, подадени от мрежовия оператор. SCADA комуникира с турбините чрез комуникационна мрежа, която почти винаги използва оптични кабели. Често фиброоптичните кабели се монтират от изпълнителя на електрическата инсталация, след което се тестват и свързват от доставчика на SCADA системата.

SCADA системите предоставят докладване в реално време с най-висока степен на точност. Ако операторите могат бързо да идентифицират и решат проблемите, докато те се случват, те могат систематично да разберат как да ги предвиждат и да се доближат възможно най-близо до нулево ниво на спиране. В допълнение, тенденциите и докладването на анализи повишава своята важност за собствениците и операторите на ветроенергийната система. Производствените криви и оптимизационните графики, както и сравнителният анализ са достъпни по всяко време и могат лесно да бъдат експортирани в Excel за допълнителна обработка и представяне.

Обикновено SCADA системата се предоставя от доставчика на турбината с цел опростяване на договорните отношения. Разбира се, на пазара се предлагат и SCADA системи от независими доставчици.

Възможности за дистанционен контрол

Постоянното нарастване на броя на турбините във всеки нов проект, както и огромната територия, която може да заема паркът, направиха възможностите за дистанционен достъп до операционната система за управление нещо много повече от просто удобство. Необходима е ефективност в отчитането, анализа и решаването на ежедневните проблеми, които затрудняват работата на вятърните турбини и понижават тяхната продуктивност. SCADA системите решават тези предизвикателства чрез използването на технологична платформа, която поддържа отчитането на данни, актуализации на аларми и различни статуси, достъпни през Интернет или GSM. Така например, кодовете за грешка могат да бъдат изпращани на мобилните телефони на оперативните екипи по поддръжка, с подробна информация за отчитане на грешките. Отчитането на измервателните уреди и програмата за прогнозна поддръжка може да се извършва на километри разстояние от площадката. Достъпът до информацията става все по-важен за поддържането на оптималните работни параметри на ветроенергийните централи и постигането на максимална енергийна производителност при ниски експлоатационни разходи.