Cos'è uno scatto in una turbina eolica?
Lo scatto della turbina eolica è un evento in cui la turbina viene spenta per proteggerla da danni o condizioni non sicure. Durante uno scatto, la turbina di solito va in uno stato sicuro assottigliando le lame per ridurre le forze aerodinamiche mentre l'aero-frenatura rallenta la rotazione, e scollegandosi dalla rete.
I venti ad alta velocità che superano le soglie di progettazione sono una causa comune per gli scatti nelle turbine eoliche. Altre possibili cause includono velocità del vento insufficiente per generare elettricità, problemi all'interno della rete elettrica e guasti meccanici o elettrici.
Una volta che la condizione sottostante dello scatto è stata risolta in modo sicuro, la turbina può essere resettata e riportata online automaticamente o manualmente.
Come ridurre gli scatti delle turbine eoliche causati dalle raffiche di vento e dalle tempeste?
Non è raro che le raffiche di vento superino i limiti di esercizio di una turbina eolica. In queste situazioni, la soluzione OEM per alcune turbine eoliche è quella di far scattare semplicemente l'unità. Ciò comporterà una perdita di generazione fino a quando queste turbine non saranno resettate e aggiungerà usura alla macchina. Tuttavia, sofisticati algoritmi di controllo delle turbine eoliche possono mitigare gli effetti delle raffiche e delle turbolenze improvvise e ridurre gli scatti.
Un controllore base del generatore a turbina eolica (WTG) con semplice logica di controllo tenterà di rispondere a una raffica improvvisa modificando immediatamente il passo della lama per ridurre la coppia sulla scatola degli ingranaggi/sul generatore in base principalmente a una tabella. Per evitare un'azione eccessiva e causa di uno scatto, la reazione deve essere proporzionale alle variabili ambientali. Questo è particolarmente impegnativo data l'inerzia delle lame rotanti e il notevole ritardo nel tempo di risposta a una raffica improvvisa, oltre ad altre variabili che portano a una risposta di controllo imprecisa.
Un approccio migliore consiste nell'utilizzare una logica di controllo avanzata e adattiva delle raffiche di vento che gestisce le raffiche di vento e le turbolenze con algoritmi logici specifici per compensare un'ampia gamma di fattori ambientali. Esistono tre categorie di risposte alle raffiche/velocità eccessive.
- Il livello superiore è protezione da overspeed. Anche se è la meno auspicabile, può essere la scelta migliore per proteggere le turbine eoliche sottoposte a velocità eoliche elevate. Un approccio alla protezione da overspeed consiste nel prevedere la velocità del rotore diversi secondi avanti nel tempo e consentire una reazione precoce del movimento del passo per ridurre la fatica dei componenti di rotazione.
- Il livello successivo è più attivo includendo metodi e calcoli di controllo avanzato per migliorare la risposta del controllore alle raffiche. Anziché rispondere solo alla velocità del vento, questo approccio inserisce la velocità del vento regolata in un calcolatore di turbolenza insieme a un accelerometro per navicelle per calcolare, con altri input, un limite di spinta per guidare il setpoint del passo. Ciò è particolarmente utile per le turbine che subiscono flussi d'aria turbolenti.
Come ultima misura, se le condizioni della raffica sono eccessive, un calcolo del declassamento basato su turbolenza aziona il sistema di controllo del passo. Ciò consente un funzionamento più sicuro per evitare il raggiungimento di impostazioni di overspeed, ma mantiene comunque la produzione di energia a un punto di impostazione ridotto. - Il livello finale è una risposta automatica agli scatti. All'interno del sistema SCADA, la logica condizionale può essere introdotta in modo che quando si verifica uno scatto, la logica reagisce come un operatore umano — verificando le condizioni del guasto, i tempi e lo stato complessivo dell'unità — resettare il viaggio e riavviare l'unità. Ciò riproduce quanto farebbe un operatore — ma in frazioni di secondo — per un recupero più rapido della generazione perduta, soprattutto nei grandi parchi eolici. I sistemi che utilizzano una logica aperta abilitano la possibilità di modificare i parametri per accogliere nuove idee o condizioni mutevoli.
Emerson ha più di 30 anni di esperienza nella progettazione di controllo dei venti e offre soluzioni di retrofit di turbine eoliche che soddisfano le esigenze di diverse condizioni ambientali, riducono gli scatti e migliorano la produzione annuale di energia (AEP) degli impianti eolici.