Notizie sulla rete di energia eolica: Abstract: questo documento esamina lo stato attuale dello sviluppo della diagnosi dei guasti e del monitoraggio dello stato di salute dei tre componenti principali della catena di trasmissione delle turbine eoliche: pale composite, riduttori e generatori e riassume lo stato attuale della ricerca e le principali aspetti di questo metodo di campo.Vengono riassunte le principali caratteristiche dei guasti, le forme di guasto e le difficoltà di diagnosi dei tre componenti principali delle pale composite, dei riduttori e dei generatori nelle apparecchiature per l'energia eolica, i metodi di diagnosi dei guasti e di monitoraggio della salute esistenti e, infine, le prospettive per la direzione di sviluppo di questo campo.
0 Prefazione
Grazie all'enorme domanda globale di energia pulita e rinnovabile e ai notevoli progressi nella tecnologia di produzione di apparecchiature per l'energia eolica, la capacità installata globale dell'energia eolica continua a crescere costantemente.Secondo le statistiche della Global Wind Energy Association (GWEC), a fine 2018 la capacità installata globale di energia eolica ha raggiunto i 597 GW, di cui la Cina è diventato il primo Paese con una capacità installata di oltre 200 GW, raggiungendo i 216 GW , rappresentando oltre il 36 della capacità installata globale totale.%, continua a mantenere la sua posizione di leader mondiale nell'energia eolica, ed è un vero e proprio paese dell'energia eolica.
Attualmente, un fattore importante che ostacola il continuo e sano sviluppo del settore dell'energia eolica è che le apparecchiature per l'energia eolica richiedono un costo per unità di produzione di energia più elevato rispetto ai combustibili fossili tradizionali.Il vincitore del premio Nobel per la fisica e l'ex segretario all'Energia degli Stati Uniti Zhu Diwen ha sottolineato il rigore e la necessità di garantire la sicurezza del funzionamento delle apparecchiature eoliche su larga scala e gli elevati costi operativi e di manutenzione sono questioni importanti che devono essere risolte in questo campo [1] .Le apparecchiature per l'energia eolica sono utilizzate principalmente in aree remote o aree offshore inaccessibili alle persone.Con lo sviluppo della tecnologia, le apparecchiature per l'energia eolica continuano a svilupparsi nella direzione di uno sviluppo su larga scala.Il diametro delle pale eoliche continua ad aumentare, con conseguente aumento della distanza dal suolo alla gondola dove sono installate importanti apparecchiature.Ciò ha portato grandi difficoltà al funzionamento e alla manutenzione delle apparecchiature eoliche e ha fatto aumentare i costi di manutenzione dell'unità.A causa delle differenze tra lo stato tecnico generale e le condizioni dei parchi eolici delle apparecchiature per l'energia eolica nei paesi sviluppati occidentali, i costi operativi e di manutenzione delle apparecchiature per l'energia eolica in Cina continuano a rappresentare una quota elevata delle entrate.Per le turbine eoliche onshore con una vita utile di 20 anni, il costo di manutenzione Il reddito totale dei parchi eolici rappresenta il 10%~15%;per i parchi eolici offshore, la percentuale raggiunge il 20%~25%[2].L'elevato costo di esercizio e manutenzione dell'energia eolica è determinato principalmente dalla modalità di funzionamento e manutenzione delle apparecchiature eoliche.Attualmente, la maggior parte dei parchi eolici adotta il metodo della manutenzione regolare.I potenziali guasti non possono essere scoperti in tempo e anche la manutenzione ripetuta di apparecchiature intatte aumenterà il funzionamento e la manutenzione.costo.Inoltre, è impossibile determinare in tempo l'origine del guasto e può essere indagato solo uno per uno attraverso una varietà di mezzi, il che comporterà anche enormi costi di esercizio e manutenzione.Una soluzione a questo problema è sviluppare un sistema di monitoraggio della salute strutturale (SHM) per le turbine eoliche per prevenire incidenti catastrofici e prolungare la vita utile delle turbine eoliche, riducendo così il costo unitario di produzione dell'energia eolica.Pertanto, per l'industria dell'energia eolica è imperativo sviluppare il sistema SHM.
1. Stato attuale del sistema di monitoraggio delle apparecchiature per l'energia eolica
Esistono molti tipi di strutture di apparecchiature per l'energia eolica, tra cui principalmente: turbine eoliche asincrone a doppia alimentazione (turbine eoliche a passo variabile a velocità variabile), turbine eoliche sincrone a magneti permanenti a trasmissione diretta e turbine eoliche sincrone a trasmissione semi-diretta.Rispetto alle turbine eoliche a trasmissione diretta, le turbine eoliche asincrone a doppia alimentazione includono apparecchiature a velocità variabile con cambio.La sua struttura di base è mostrata nella Figura 1. Questo tipo di apparecchiature per l'energia eolica rappresenta oltre il 70% della quota di mercato.Pertanto, questo articolo esamina principalmente la diagnosi dei guasti e il monitoraggio dello stato di salute di questo tipo di apparecchiature per l'energia eolica.
Figura 1 Struttura di base di una turbina eolica a doppia alimentazione
Le apparecchiature per l'energia eolica funzionano da molto tempo 24 ore su 24 con carichi alternati complessi come raffiche di vento.Il difficile ambiente di servizio ha seriamente compromesso la sicurezza operativa e la manutenzione delle apparecchiature eoliche.Il carico alternato agisce sulle pale della turbina eolica e viene trasmesso attraverso cuscinetti, alberi, ingranaggi, generatori e altri componenti della catena di trasmissione, rendendo la catena di trasmissione estremamente soggetta a guasti durante il servizio.Attualmente, il sistema di monitoraggio ampiamente equipaggiato sulle apparecchiature eoliche è il sistema SCADA, che può monitorare lo stato operativo delle apparecchiature eoliche come corrente, tensione, connessione alla rete e altre condizioni, e ha funzioni come allarmi e report;ma il sistema controlla lo stato I parametri sono limitati, principalmente segnali come corrente, tensione, potenza, ecc., e mancano ancora le funzioni di monitoraggio delle vibrazioni e diagnosi dei guasti per i componenti chiave [3-5].I paesi stranieri, in particolare i paesi sviluppati occidentali, hanno da tempo sviluppato apparecchiature per il monitoraggio delle condizioni e software di analisi specifici per le apparecchiature per l'energia eolica.Sebbene la tecnologia di monitoraggio delle vibrazioni domestiche sia iniziata in ritardo, spinta dall'enorme domanda del mercato del funzionamento remoto e della manutenzione dell'energia eolica domestica, anche lo sviluppo di sistemi di monitoraggio domestico è entrato in una fase di rapido sviluppo.La diagnosi intelligente dei guasti e la protezione tempestiva delle apparecchiature per l'energia eolica possono ridurre i costi e aumentare l'efficienza del funzionamento e della manutenzione dell'energia eolica e hanno ottenuto consensi nel settore dell'energia eolica.
2. Principali caratteristiche di guasto degli impianti eolici
Le apparecchiature eoliche sono un complesso sistema elettromeccanico costituito da rotori (pale, mozzi, sistemi di beccheggio, ecc.), cuscinetti, alberi principali, cambi, generatori, torri, sistemi di imbardata, sensori, ecc. Ogni componente di una turbina eolica è soggetto a carichi alternati durante il servizio.Con l'aumentare del tempo di servizio, sono inevitabili vari tipi di danni o guasti.
Figura 2 Il rapporto dei costi di riparazione di ciascun componente delle apparecchiature per l'energia eolica
Figura 3 Il rapporto dei tempi di fermo dei vari componenti delle apparecchiature per l'energia eolica
Dalla Figura 2 e dalla Figura 3 [6] si può vedere che i tempi di fermo causati da pale, riduttori e generatori hanno rappresentato oltre l'87% dei tempi di fermo non pianificati complessivi e i costi di manutenzione hanno rappresentato oltre il 3 dei costi totali di manutenzione./4.Pertanto, nel monitoraggio delle condizioni, la diagnosi dei guasti e la gestione della salute di turbine eoliche, pale, riduttori e generatori sono i tre componenti principali a cui prestare attenzione.Il Comitato per i professionisti dell'energia eolica della Società cinese per l'energia rinnovabile ha sottolineato in un'indagine del 2012 sulla qualità operativa delle apparecchiature eoliche nazionali[6] che i tipi di guasto delle pale eoliche includono principalmente crepe, fulmini, rotture, ecc. e le cause del guasto includono progettazione, Sé e fattori esterni durante le fasi di introduzione e servizio di produzione, produzione e trasporto.La funzione principale del cambio è utilizzare stabilmente l'energia eolica a bassa velocità per la generazione di energia e aumentare la velocità del mandrino.Durante il funzionamento della turbina eolica, il cambio è più soggetto a guasti a causa degli effetti delle sollecitazioni alternate e del carico d'urto [7].I guasti comuni dei riduttori includono guasti agli ingranaggi e guasti ai cuscinetti.I guasti al cambio derivano principalmente dai cuscinetti.I cuscinetti sono un componente chiave del cambio e il loro guasto spesso provoca danni catastrofici al cambio.I cedimenti dei cuscinetti includono principalmente il distacco da fatica, l'usura, la frattura, l'incollaggio, il danneggiamento della gabbia, ecc. [8], tra cui il distacco da fatica e l'usura sono le due forme di rottura più comuni dei cuscinetti volventi.I guasti più comuni agli ingranaggi includono usura, affaticamento superficiale, rottura e rottura.I guasti del sistema generatore si dividono in guasti del motore e guasti meccanici [9].I guasti meccanici includono principalmente guasti al rotore e guasti ai cuscinetti.I guasti del rotore includono principalmente squilibrio del rotore, rottura del rotore e manicotti di gomma allentati.I tipi di guasti del motore possono essere suddivisi in guasti elettrici e guasti meccanici.I guasti elettrici includono cortocircuito della bobina rotore/statore, circuito aperto causato da barre del rotore rotte, surriscaldamento del generatore, ecc.;i guasti meccanici includono vibrazioni eccessive del generatore, surriscaldamento dei cuscinetti, danni all'isolamento, usura grave, ecc.
Tempo di pubblicazione: 30-ago-2021
