TLL Media | Инженеринг ревю | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
 
 
 
TLL Media Българското специализирано техническо списание за енергетика
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ВЕИ ЕНЕРГЕТИКA

Енерджи ревю » Сп. Енерджи ревю - брой 2, 2017, април
Модерни решения за управление на вятърни турбини

Първите разработени системи за управление на вятърни турбини са били относително прости. Те са използвани за съоръжения, работещи с еднакъв ъгъл на наклона на лопатките и постоянна скорост, като от тях се е изисквало единствено да стартират или спрат турбината, както и да обърнат гондолата по посока на вятъра.

Съвременните турбини за вятърни паркове от индустриален мащаб работят с променливи скорост и ъгъл на наклона на лопатките и са значително по-големи от тези в ранните години от развитието на вятърната енергетика. С еволюирането на съоръженията системите за управлението им също са станали доста по-сложни.

Тенденциите за постоянно уголемяване на ротора и повишаване на мощността, както и стремежът за понижаване цената на енергията, обуславят необходимостта от усъвършенстване на системите за управление. Те са от ключово значение за осигуряване на надеждно, ефективно и безопасно функциониране на вятърните турбини. Системите включват датчици, събиращи данни за характеристиките на вятъра, генерираната енергия, вибрациите, нивото на смазочните материали, скоростта на ротора и генератора и други параметри, които впоследствие се анализират на компютър.

Посредством алгоритми, които обикновено са пазени в тайна от производителите, системите за управление задават команди на компонентите на турбината – например за смяна ъгъла на наклон на лопатка или за задействане на спирачния механизъм при наличие на много силен вятър. Информацията се обновява няколко пъти в секунда.

Количеството на генерираната от вятърната турбина енергия зависи от съотношението между линейната скорост на върха на лопатката и скоростта на настъпващия вятър, както и от ъгъла на наклон на лопатките. В случай на вятър с ниска скорост турбината работи за максимално преобразуване на вятърната енергия в механична, т. е. функционира при максимален коефициент на мощността, благодарение на регулирането на това съотношение.

При по-високи скорости обаче енергията от въздушния поток се ограничава, за да се избегнат прекомерните натоварвания върху ротора и да се предотвратят структурните повреди на турбината.

Пазарно търсене
Системите за управление на вятърните турбини се считат за важен фактор, допринасящ за понижаване цената на енергията. Този процес изисква генерирането на максимално количество енергия (и приходи) през целия жизнен цикъл на турбината, което е постижимо благодарение на системите за управление, позволяващи промяна на ъгъла на наклон на лопатката с цел оптимизация степента на улавяне на вятъра.

Освен това е необходимо и постигане на баланс между производителността, инвестициите и другите производствени разходи, включително за износването на турбината.

Данните, събрани от системата за управление, са от изключителна важност за анализа на това дали турбината работи по най-добрия начин. Операторите на вятърни паркове обикновено търсят системи за управление, предлагащи диагностика и решения за отстраняване на неизправности, даващи възможност на полевите екипи бързо да идентифицират и елиминират проблема.

Друго търсено качество е гъвкавостта. Сред изискванията на клиентите на един от водещите производители на вятърни турбини е системата да отчита специфични за конкретната площадка характеристики и ограничения, свързани например с биоразнообразието в дадения район.

От друга страна, все по-строги изисквания към системите за управление на вятърните турбини имат и операторите на електроразпределителни мрежи. Според тях решенията за управление трябва да гарантират безопасната и ефективна работа на мрежата, както и постоянството в честотата и напрежението на електроенергията, предвид все по-големия дял консумирана енергия от вятърни паркове в някои държави.

При офшорните вятърни турбини, които стават все по-масивни, се очаква основен двигател за развитието на системите за управление да бъде осигуряването на безопасност.

Тенденции
През последните няколко години пазарът е фокусиран върху оптимизирането на вятърните турбини повече отвсякога, като системите за управление играят ключова роля в този процес. Конкуренцията между доставчиците на решения за управление, както и изискванията, на които турбините трябва да отговарят, непрекъснато нарастват.

Когато става дума за единични вятърни турбини, основен приоритет на инженерите е управлението на натоварването. Редуцирането на предизвикващите умора товари и ограничаването на екстремалните натоварвания може да спомогне за намаляване износването на компонентите и удължаване експлоатационния живот на турбината.

Отчитайки това, все по-важно е използването на данни от анализа на натоварванията за оптимизиране както на конструкцията на елементите на турбината, така и на системата за управление.

Една от често предлаганите функции от съвременните системи за управление на вятърни турбини е регулирането на ъгъла на наклон на отделните лопатки. Големите лопатки често биват излагани на вятър със силно различаваща се скорост и структурни натоварвания по дължина. Поради тази причина регулирането на ъгъла на отделните лопатки се смята за основен метод за по-добро управление на тези несиметрични натоварвания.

Технологията за индивидуално регулиране на ъгъла вече е преминала етапа на първото поколение, но за широкото й приложение все още има бариери, свързани с притесненията на производителите относно въздействието върху задвижващите механизми. С увеличаване размера на турбините и ползите от намаляването на натоварването обаче предлагането на тази технология по подразбиране ще добие смисъл в икономическо отношение.

Една от функциите, която вече е стандартна при по-новите турбини и която операторите намират за полезна, е възможността отделни турбини да работят под номиналния си капацитет при достигане на определена температурна граница във вътрешността на съоръжението.

Това позволява турбина с номинална мощност 2 MW да работи на 1 MW до отстраняване на проблема и възстановяване на нормалния режим на експлоатация. В миналото при това положение се стигаше до пълно спиране на турбината и съществени загуби на енергия и приходи.

Друго направление, в което е постигнат прогрес, е осигуряването на възможност за функциониране на турбините дори при насрещен вятър с висока скорост от около 25 m/s. Това е значително подобрение в сравнение с предходните системи, които изискваха спиране на турбината поради съображения за безопасност.

Подобрения при по-старите модели
Новите турбини се предлагат с усъвършенствани системи за управление, но на пазара има търсене и за обновяване системите на по-старите машини. Един от водещите оператори на вятърни паркове рутинно обновява софтуера, предоставян от производителите на турбини. Компанията притежава около 4000 турбини, повечето от които са на възраст над 5 години.

В зависимост от условията на площадката, обновяването на софтуера може да доведе до повишаване на количеството генерирана електроенергия през жизнения цикъл на турбината с 1 до 5%, без същевременно да се променя системата за управление или компонентите на турбината.

Най-добрият начин да се понижи цената на електроенергията обаче е чрез внедряване на нови алгоритми и други усъвършенствани функции за управление още на етап проектиране на турбината. Според някои доставчици на решения за вятърни турбини, по-доброто интегриране на системата за управление с турбината може да редуцира цената на произведената енергия с до 10%.

Проблеми с надеждността
Предвид сложността на системите на турбините и големия брой управлявани от тях компоненти, не е изненадващо, че възникването на проблеми не е изключено. Всъщност, по мнението на някои експерти в областта, надеждността е най-голямото предизвикателство за системите за управление на вятърни турбини. Според тях решението за справяне с това изисква от вятърната индустрия набиране на квалифицирани специалисти, които да идентифицират и изяснят причините за отказ на системите.

През последните години експлоатационната готовност, която е мярка за това колко надеждна е една турбина, се е подобрила в целия сектор и това дава възможност развитието на системите за управление да продължи. Модерните решения за управление позволяват както изпробването на различни стратегии за работа на турбините при понижена мощност, така и разработването на подобрения, целящи редуциране отказите на електрониката и датчиците.

Освен издръжливите компоненти на турбината, друг важен елемент от надеждността е това как се програмира системата за управление. Това може да пренасочи тенденцията към разработване на повече решения за индустриално приложение.

Бъдещо развитие на технологиите
Според експертите в сектора усилията за усъвършенстване на технологиите в следващите години ще бъдат съсредоточени върху подобрения при поставените по турбината датчици, подаващи информация към системата за управление. По-качествени сензори ще бъдат необходими за справянето с натоварванията, които ще поемат турбините с по-голям ротор и по-висока номинална мощност. Те ще позволят на операторите да предприемат по-проактивен подход при експлоатацията на турбините.

Цените на устройствата за теледетекция, базирани на LIDAR (Light Detection And Ranging) и SODAR (SOnic Detection And Ranging), продължават да са все още сравнително високи, но с понижаването им тези технологии ще намират все по-голямо приложение. Смята се, че е възможно чрез инсталирането на LIDAR сензори на турбините например натоварването да се редуцира в значителна степен с приблизително 15-20%.

Изследователите разглеждат и възможности за функции за управление, които да намалят необходимостта от регулиране ъгъла на наклон на лопатките. Една от алтернативите е инсталирането по ръба на лопатките на малки задкрилки, подобни на тези при самолетите, които да намаляват натоварването.

За да се продължи тенденцията за намаляване на разходите, датчиците, алгоритмите и задвижващите механизми, като основни компоненти от системата за управление, трябва да еволюират. Някои от експертите в сектора вярват, че развитието в една област може да доведе до прогрес и в други.

Предоставянето на по-качествена информация от сензорите може да осигури по-добри възможности за управление на алгоритмите. Задвижващите устройства с по-висока скорост на отговор пък могат да спомогнат за по-лесното постигане на баланса между производителност и натоварване.



Етикети:   вятърни турбини   вятърна енергия   системи за управление  

Други статии от рубрика ВЕИ енергетикa


« Назад
BPVA
Екология и Инфраструктура
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2017 TLL Media        Начало   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media