Tuulivoimaverkkouutiset: Tiivistelmä: Tässä artikkelissa tarkastellaan tuuliturbiinin käyttöketjun kolmen pääkomponentin – yhdistelmäsiipien, vaihdelaatikoiden ja generaattoreiden – vikadiagnoosin ja kunnon seurannan nykytilaa ja esitetään yhteenveto tutkimuksen nykytilasta ja tärkeimmistä tämän kenttämenetelmän näkökohtia.Tuulivoimalaitteiden komposiittisiipien, vaihteistojen ja generaattoreiden kolmen pääkomponentin tärkeimmät vikojen ominaisuudet, vikamuodot ja diagnoosivaikeudet esitetään yhteenvetona, sekä olemassa olevat vikadiagnoosit ja terveydentilan seurantamenetelmät ja lopuksi alan kehityssuunnan näkymät.
0 Esipuhe
Puhtaan ja uusiutuvan energian valtavan maailmanlaajuisen kysynnän ja tuulivoimalaitteiden valmistusteknologian huomattavan edistymisen ansiosta tuulivoiman globaali asennettu kapasiteetti jatkaa tasaista kasvuaan.Global Wind Energy Associationin (GWEC) tilastojen mukaan tuulivoiman maailmanlaajuinen asennettu kapasiteetti oli vuoden 2018 lopussa 597 GW, josta Kiinasta tuli ensimmäinen maa, jonka asennettu kapasiteetti oli yli 200 GW ja saavutti 216 GW. , mikä vastaa yli 36:ta koko maailmanlaajuisesta asennetusta kapasiteetista.%, se säilyttää edelleen asemansa maailman johtavana tuulivoimana ja se on todellinen tuulivoimamaa.
Tällä hetkellä tärkeä tuulivoimateollisuuden terveen kehityksen jatkumista haittaava tekijä on se, että tuulivoimalaitteet vaativat korkeamman kustannustehokkuuden energiayksikköä kohti kuin perinteiset fossiiliset polttoaineet.Fysiikan Nobel-palkinnon voittaja ja Yhdysvaltain entinen energiaministeri Zhu Diwen huomautti laajamittaisten tuulivoimalaitteiden käytön turvallisuustakuun ankaruudesta ja tarpeellisuudesta sekä korkeat käyttö- ja ylläpitokustannukset ovat tärkeitä kysymyksiä, jotka on ratkaistava tällä alalla [1] .Tuulivoimalaitteita käytetään enimmäkseen syrjäisillä alueilla tai offshore-alueilla, joihin ihmiset eivät pääse.Teknologian kehittyessä tuulivoimalaitteet kehittyvät edelleen laajamittaisen kehityksen suuntaan.Tuulivoiman siipien halkaisija kasvaa edelleen, mikä johtaa etäisyyden kasvuun maasta koneeseen, johon tärkeitä laitteita asennetaan.Tämä on vaikeuttanut tuulivoimalaitteiden käyttöä ja kunnossapitoa sekä nostanut yksikön ylläpitokustannuksia.Länsi kehittyneiden maiden tuulivoimalaitteiden yleisen teknisen tilan ja tuulipuistoolojen välisistä eroista johtuen Kiinan tuulivoimalaitteiden käyttö- ja ylläpitokustannukset muodostavat edelleen suuren osan liikevaihdosta.Maatuuliturbiinien, joiden käyttöikä on 20 vuotta, ylläpitokustannukset Tuulipuistojen kokonaistulot ovat 10–15 %;offshore-tuulipuistojen osalta osuus on jopa 20–25 prosenttia[2].Tuulivoiman korkeat käyttö- ja ylläpitokustannukset määräytyvät pääosin tuulivoimalaitteiden käyttö- ja huoltotavasta.Tällä hetkellä useimmat tuulipuistot käyttävät säännöllistä huoltoa.Mahdollisia vikoja ei voida havaita ajoissa, ja myös ehjien laitteiden toistuva huolto lisää toimintaa ja kunnossapitoa.kustannus.Lisäksi vian lähdettä on mahdotonta määrittää ajoissa, ja se voidaan tutkia vain yksitellen eri keinoin, mikä myös tuo mukanaan valtavia käyttö- ja ylläpitokustannuksia.Yksi ratkaisu tähän ongelmaan on kehittää tuuliturbiinien rakenteellisen terveydentilan seurantajärjestelmä (SHM) katastrofaalisten onnettomuuksien ehkäisemiseksi ja tuuliturbiinien käyttöiän pidentämiseksi, mikä vähentää tuulivoiman yksikköenergian tuotantokustannuksia.Siksi tuulivoimateollisuudelle SHM-järjestelmän kehittäminen on välttämätöntä.
1. Tuulivoimalaitteiden valvontajärjestelmän nykyinen tila
Tuulivoimalaitteiden rakenteita on monenlaisia, mukaan lukien pääasiassa: kaksoissyöttöiset asynkroniset tuuliturbiinit (muuttuvanopeuksiset vaihtuvakorkeiset tuuliturbiinit), suoravetoiset kestomagneettisynkroniset tuuliturbiinit ja puolisuorakäyttöiset synkroniset tuuliturbiinit.Verrattuna suoravetoisiin tuuliturbiineihin, kaksisyötteiset asynkroniset tuuliturbiinit sisältävät vaihteiston nopeudensäätölaitteet.Sen perusrakenne on esitetty kuvassa 1. Tämäntyyppisten tuulivoimalaitteiden osuus markkinaosuudesta on yli 70 %.Siksi tässä artikkelissa tarkastellaan pääasiassa tämäntyyppisten tuulivoimalaitteiden vikadiagnoosia ja kunnon seurantaa.
Kuva 1 Kaksisyöttöisen tuuliturbiinin perusrakenne
Tuulivoimalaitteet ovat toimineet ympäri vuorokauden monimutkaisin vaihtelevin kuormituksen, kuten tuulenpuuskien, alaisena jo pitkään.Ankara palveluympäristö on vaikuttanut vakavasti tuulivoimalaitteiden käyttöturvallisuuteen ja kunnossapitoon.Vaihtuva kuorma vaikuttaa tuuliturbiinin siipiin ja välittyy laakereiden, akselien, hammaspyörien, generaattoreiden ja muiden voimansiirtoketjun komponenttien kautta, mikä tekee voimansiirtoketjusta erittäin alttiita vaurioille huollon aikana.Tällä hetkellä tuulivoimalaitteissa laajasti varusteltu valvontajärjestelmä on SCADA-järjestelmä, joka pystyy seuraamaan tuulivoimalaitteiden toimintatilaa, kuten virtaa, jännitettä, verkkoliitäntää ja muita olosuhteita, ja jolla on toimintoja, kuten hälytyksiä ja raportteja;mutta järjestelmä tarkkailee tilaa Parametrit ovat rajalliset, lähinnä signaalit, kuten virta, jännite, teho jne., ja keskeisistä komponenteista puuttuu edelleen tärinänvalvonta- ja vianmääritystoimintoja [3-5].Ulkomailla, erityisesti länsimaissa, on jo pitkään kehitetty kunnonvalvontalaitteita ja analyysiohjelmistoja erityisesti tuulivoimalaitteille.Vaikka kotimainen tärinänvalvontatekniikka käynnistyi myöhään kotimaisen tuulivoiman valtavan etäkäyttö- ja huoltomarkkinoiden kysynnän vetämänä, myös kotimaisten valvontajärjestelmien kehitys on siirtynyt nopeaan kehitysvaiheeseen.Tuulivoimalaitteiden älykäs vikadiagnoosi ja varhaisvaroitussuojaus voivat alentaa tuulivoiman käytön ja kunnossapidon kustannuksia ja tehostaa, ja se on saavuttanut tuulivoimateollisuudessa yksimielisyyden.
2. Tuulivoimalaitteiden tärkeimmät vikaominaisuudet
Tuulivoimalaitteisto on monimutkainen sähkömekaaninen järjestelmä, joka koostuu roottoreista (siivet, navat, nousujärjestelmät jne.), laakereista, pääakseleista, vaihteistoista, generaattoreista, torneista, kiertosuuntajärjestelmistä, antureista jne. Tuuliturbiinin jokainen komponentti altistetaan vaihtuvia kuormia huollon aikana.Palveluajan pidentyessä erilaiset vauriot tai viat ovat väistämättömiä.
Kuva 2 Tuulivoimalaitteiden kunkin komponentin korjauskustannussuhde
Kuva 3 Tuulivoimalaitteiden eri komponenttien seisokkisuhde
Kuvasta 2 ja kuvasta 3 [6] voidaan nähdä, että terien, vaihteistojen ja generaattoreiden aiheuttamat seisokit olivat yli 87 % kaikista suunnittelemattomista seisokeista ja ylläpitokustannukset yli 3 % kokonaishuoltokustannuksista./4.Siksi tuuliturbiinien kunnonvalvonnassa, vikojen diagnosoinnissa ja kunnonhallinnassa siivet, vaihteistot ja generaattorit ovat kolme pääkomponenttia, joihin on kiinnitettävä huomiota.Kiinan uusiutuvan energiayhdistyksen tuulienergia-alan ammattikomitea huomautti vuonna 2012 tekemässään tutkimuksessa kansallisten tuulivoimalaitteiden toimintalaadusta[6], että tuulivoiman siipien vikatyyppejä ovat pääasiassa halkeilu, salamanisku, rikkoutuminen jne. epäonnistumisen syitä ovat suunnittelu, itse ja ulkoiset tekijät tuotannon, valmistuksen ja kuljetuksen käyttöönotto- ja palveluvaiheissa.Vaihteiston päätehtävänä on käyttää vakaasti hitaan tuulienergiaa sähköntuotantoon ja nostaa karan nopeutta.Tuuliturbiinin käytön aikana vaihteisto on alttiimpi vaurioille vaihtelevan jännityksen ja iskukuormituksen vaikutuksesta [7].Vaihteistojen yleisiä vikoja ovat vaihteisto- ja laakeriviat.Vaihteiston viat johtuvat enimmäkseen laakereista.Laakerit ovat vaihteiston keskeinen osa, ja niiden rikkoutuminen aiheuttaa usein katastrofaalisia vaurioita vaihteistoon.Laakereiden vikoja ovat pääasiassa väsymiskuoriutuminen, kuluminen, murtuminen, liimautuminen, häkkivauriot jne. [8], joista väsymiskuoriutuminen ja kuluminen ovat kaksi yleisintä vierintälaakerien vikamuotoa.Yleisimpiä vaihteistovikoja ovat kuluminen, pinnan väsyminen, rikkoutuminen ja rikkoutuminen.Generaattorijärjestelmän viat jaetaan moottorivikoihin ja mekaanisiin vioihin [9].Mekaanisia vikoja ovat pääasiassa roottori- ja laakerivauriot.Roottorivikoja ovat pääasiassa roottorin epätasapaino, roottorin repeämä ja löysät kumiholkit.Moottorivikojen tyypit voidaan jakaa sähkövioihin ja mekaanisiin vioihin.Sähkövikoja ovat roottorin/staattorin käämin oikosulku, rikkoutuneiden roottoritankojen aiheuttama avoin virtapiiri, generaattorin ylikuumeneminen jne.;mekaanisia vikoja ovat generaattorin liiallinen tärinä, laakerien ylikuumeneminen, eristysvauriot, vakava kuluminen jne.
Postitusaika: 30.8.2021
