Qual è la durata di una turbina eolica?
La durata di una turbina eolica è comunemente definita come il periodo di tempo durante il quale una turbina può funzionare in modo efficiente e affidabile con o vicino alla sua capacità di generazione progettata. Generalmente, una turbina eolica ha una durata di vita di circa 20-30 anni per generare in modo affidabile energia rinnovabile in un parco eolico.
Naturalmente, la durata della turbina eolica può variare in modo significativo a seconda di diversi fattori, tra cui: il design originale e la robustezza della turbina, l'esposizione a condizioni e sollecitazioni ambientali, la storia operativa e il livello di manutenzione che ha ricevuto.
All'interno di una turbina, molti componenti critici sono soggetti a usura e fatica nel tempo. Queste includono le pale, il riduttore, il generatore e la torre stessa. A un certo punto, il costo per la riparazione di queste parti si avvicina o supera il costo di sostituzione dell'unità o il ritorno sull'investimento nelle riparazioni è insufficiente per giustificare le riparazioni con conseguente disattivazione.
Come prolungare la durata delle turbine eoliche?
Le turbine eoliche devono sopportare le continue sollecitazioni meccaniche e ambientali per tutta la loro vita, a partire dal giorno in cui vengono commissionate. Nel tempo, queste sollecitazioni si accumulano come diversi livelli di fatica sull'unità. Ciò comporta spesso guasti di componenti e strutture prima di quanto previsto nel ciclo di vita di una turbina eolica.
Tuttavia, utilizzando un controllo avanzato software, alcune di queste sollecitazioni possono essere mitigate, prolungando così la vita di una turbina eolica e allo stesso tempo spesso aumentando la produzione di energia. L'implementazione di queste strategie di controllo è un'alternativa vantaggiosa, economicamente e in termini di tempi, alle riparazioni meccaniche impreviste o agli aggiornamenti dei componenti.
Mitigazione del carico - limitazione della spinta e declassamento basato su turbolenza
I carichi della turbina sono dovuti principalmente a forze aerodinamiche che possono variare a causa della variazione della velocità del vento, della sua direzione e della risposta del controllore. Questi carichi possono provocare un affaticamento accelerato, ma possono essere affrontati attraverso il sistema di controllo.
Un metodo comune per la mitigazione del carico è costituito da algoritmi di declassamento basati sulla limitazione della spinta e sulla declassamento basati sulla turbolenza che possono aiutare a contrastare i carichi estremi e di fatica.
Un limitatore di spinta stima la forza di spinta in base alla velocità del vento. Quando la stima della spinta è alta, aumentando così il carico e la sollecitazione della turbina, il passo viene aumentato. Ciò riduce i carichi delle torri di poppa anche del 5%, ma può ridurre leggermente la produzione annuale di energia (AEP).
È possibile utilizzare un limitatore di spinta scalata da turbolenza in aggiunta a un limitatore di spinta. In questo scenario, il limite di spinta diminuisce con l'aumentare della turbolenza del vento. Ciò comporta un impatto minore sull'AEP rispetto al controllo del limite di spinta statico.
Infine, un sistema di declassamento basato su turbolenza riduce la potenza in uscita nei periodi di turbolenza elevata per ridurre le sollecitazioni di carichi estremi. Questo viene fatto effettuando una stima della turbolenza basata sull'accelerazione della navicella e sul vento stimato.
Mitigazione del carico - Riduzione delle oscillazioni della trasmissione
Variazioni della velocità del vento, turbolenza e allineamento errato sono alcuni dei fattori che possono creare oscillazioni della guida della turbina eolica. Queste oscillazioni, a loro volta, causano un aumento dei carichi di fatica della trasmissione.
Per correggere ciò, uno smorzatore della trasmissione estrae l'oscillazione della trasmissione in corrispondenza della sua autofrequenza. Ciò produce un'oscillazione controfase (o una potenza di smorzamento della trasmissione) che viene aggiunta al setpoint di potenza del sistema di controllo. Il risultato è un punto di regolazione della coppia di serraggio del generatore che riduce l'autofrequenza della trasmissione. L'aggiunta di una soluzione di smorzamento della trasmissione può ridurre i carichi di fatica della trasmissione anche del 10%.
Mitigazione del carico - Riduzione delle oscillazioni della torre
A causa di turbolenza, risonanza o squilibrio delle lame, le oscillazioni delle torri aumentano i carichi di fatica e possono accorciare la durata della turbina eolica. Tuttavia, una soluzione di smorzatore a torre può contrastare le oscillazioni della torre. Ciò viene eseguito utilizzando i rilevamenti dell'accelerometro a torre superiore sia per la direzione trasversale che per quella assiale.
Per la direzione trasversale, il sistema produce un'oscillazione di potenza controfase che viene aggiunta al set point di potenza. Per la direzione assiale, produce un'oscillazione del passo controfase che viene aggiunta al setpoint del passo. Il risultato è un setpoint di coppia di serraggio del generatore e un setpoint del passo che smorza l'autofrequenza della torre, riducendo i carichi di fatica anche dell'8%.
Ottimizzazione della turbina - Allineamento orizzontale e controllo del passo
Il posizionamento errato che si verifica in un disallineamento orizzontale o del passo può aumentare significativamente i carichi di fatica della turbina eolica. Un disallineamento orizzontale può essere corretto da un algoritmo di controllo orizzontale che fornisce un allineamento continuo orizzontale. In caso di disallineamento del passo, un algoritmo di rilevamento dello squilibrio del rotore applica una correzione automatica ai setpoint del passo. Correggere uno di questi disallineamenti tramite un controllo avanzato software ridurrà l'usura del sistema, aumentando la durata della turbina eolica con il vantaggio parallelo di aumentare l'energia in uscita.
Bilanciamento della potenza erogata rispetto all'usura delle turbine
Non ci sono compromessi significativi in uscita di potenza quando si affrontano sfide che causano stress come disallineamento orizzontale o del passo e trasmissione o oscillazioni della torre. L'utilizzo di tecniche di controllo avanzato è un metodo comprovato per allungare la durata utile di una turbina eolica senza degradare l'erogazione di energia.
Mentre possono esserci degli compromessi quando si implementano soluzioni di limitazione della spinta, i processi del sistema di controllo avanzato possono determinare il corretto bilanciamento tra potenza generata della turbina e mitigazione della fatica.
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