Przyszłość monitorowania przekładni w turbinach wiatrowych opiera się na świetle
Dzięki monitorowaniu działania przekładni w czasie rzeczywistym nasz system rozwiązuje kluczowe problemy branżowe, takie jak słaba widoczność rzeczywistych obciążeń, nieoczekiwane awarie i nieoptymalne operacje na farmach wiatrowych.
Eric van Genuchten, koordynator projektu GearUp
Przekładnie turbin wiatrowych są kluczowymi komponentami łączącymi wolno poruszające się łopaty turbiny wiatrowej z szybkim generatorem, dzięki czemu umożliwiają wydajną produkcję energii elektrycznej. Zwiększając prędkość obrotową łopatek, przekładnia zapewnia optymalne działanie generatora. Jednak różne czynniki, w tym zmienne obciążenia turbiny i stres środowiskowy, mogą powodować nieoczekiwaną niedostateczną wydajność przekładni lub jej awarie. Monitorowanie tych przekładni ma zasadnicze znaczenie dla poprawy niezawodności, skrócenia czasu przestojów i optymalizacji produkcji energii. Aby sprostać tym wyzwaniom, w ramach projektu GearUp(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowywany jest fotoniczny system monitorowania obciążenia i momentu obrotowego skrzyni biegów. To innowacyjne rozwiązanie, stworzone przez spółkę joint venture Sensing360(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Sentea(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz finansowane przez UE za pośrednictwem programu „Horyzont Europa”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz organizacji RVO(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i VLAIO(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wspiera cały cykl życia turbiny wiatrowej, od walidacji projektu po eksploatację farmy wiatrowej. „Dzięki monitorowaniu działania przekładni w czasie rzeczywistym nasz system rozwiązuje kluczowe problemy branżowe, takie jak słaba widoczność rzeczywistych obciążeń, nieoczekiwane awarie i nieoptymalne operacje na farmach wiatrowych” — zauważa koordynator projektu, Eric van Genuchten.
„Podświetlanie” stanu skrzyni biegów w czasie rzeczywistym
System GearUp składa się ze zintegrowanego chipa fotonicznego z wbudowaną jednostką sterującą (interrogatora), która przetwarza dane (takie jak obciążenie, moment obrotowy) zebrane przez chip. Taka konfiguracja umożliwia systemowi wykonywanie niezwykle precyzyjnych i szybkich pomiarów. Mówiąc dokładniej, może on mierzyć zmiany w przekładni z częstotliwością 20 kHz dla każdego używanego czujnika światłowodowego. Dokładność tych pomiarów jest niezwykle wysoka i wynosi do 1 pikometra, dzięki czemu nawet najmniejsze zmiany obciążenia przekładni lub momentu obrotowego mogą być wykrywane w czasie rzeczywistym. System działa, wykorzystując specjalny typ czujnika: światłowodową siatkę Bragga. Te niewielkie czujniki optyczne osadzone w światłowodzie są bezpośrednio przyklejane wokół przekładni, aby mierzyć naprężenie i temperaturę” — wyjaśnia van Genuchten. „Kiedy przekładnia doświadcza zmian obciążenia lub naprężenia, światło przechodzące przez światłowód zmienia się nieznacznie. Interrogator fotoniczny wykrywa te zmiany w świetle z dużą częstotliwością próbkowania i przekłada je na użyteczne dane, takie jak moment obrotowy lub obciążenie przekładni, informację, jak dobrze rozkłada się obciążenie, a nawet prędkość i temperaturę roboczą przekładni” — wyjaśnia van Genuchten. „Rezultatem jest prosty, kompleksowy system czujników, który jest łatwy w instalacji i zdolny do przekształcania rzeczywistych operacji fizycznych w przydatne dane cyfrowe. Biorąc pod uwagę, że sygnały są optyczne, system jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne i wyładowania atmosferyczne — to duża zaleta w przypadku turbin wiatrowych pracujących w trudnych warunkach” — dodaje van Genuchten.
Niższe koszty napraw, wyższa wydajność energetyczna
Technologia ta przynosi znaczące korzyści dla sektora energetyki wiatrowej. „Monitorując moment obrotowy, obciążenie i wskaźniki podziału obciążenia kół obiegowych, system może zidentyfikować potencjalne problemy, zanim dojdzie do ich eskalacji. Na przykład może zmniejszyć koszt poważnej naprawy przekładni o wartości 500 000 EUR, umożliwiając mniejszą naprawę za 250 000 EUR” — stwierdza van Genuchten. System zapewnia również dokładne dane w czasie rzeczywistym na temat realnych obciążeń, co umożliwia lepsze sterowanie turbiną i równoważenie obciążenia w całej farmie wiatrowej. Może to wydłużyć żywotność turbin o 10–20% i zwiększyć produkcję energii na poziomie farmy nawet o 7%. Jako pierwsze przemysłowe zastosowanie fotoniki w przekładniach turbin wiatrowych, projekt GearUp umożliwia zoptymalizowany projekt przekładni, walidację, uruchomienie, zarządzanie konserwacją i obsługę farmy wiatrowej. System, zaprojektowany z myślą o opłacalności, osiąga docelową cenę sprzedaży 5000 EUR, dzięki czemu jest dostępny do powszechnego zastosowania. Po zakończeniu projektu, kolejne kroki obejmują uzyskanie certyfikatów CE i PLC w ciągu najbliższych kilku miesięcy. Poza energią wiatrową, system GearUp ma znaczący potencjał rynkowy w branżach takich jak naftowa i gazowa, morska, motoryzacyjna i maszyn ciężkich, gdzie stosowane są podobne przekładnie planetarne i łożyska. Konsorcjum połączyło firmy Sensing 360 i Sentea, korzystając z współfinansowania przez program „Horyzont Europa”, Holenderską Agencję Przedsiębiorczości (RVO) oraz Flandryjską Agencję Innowacji i Przedsiębiorczości (VLAIO).