Producenci turbin wiatrowych: długie łopaty, nowe obciążenia

Dłuższe łopaty bardziej się uginają i wnoszą nowe przypadki obciążeń

Co się dzieje. Nowa generacja turbin ma dłuższe, bardziej miękkie łopaty na większym wirniku. Odziedziczony regulator zrobiono dla sztywniejszych maszyn, a łopaty uginają się i skręcają w sposób, pod który nigdy go nie strojono.

Ile to kosztuje. Obciążenia łopat, piasty i wieży rosną albo trzeba je pokryć cięższymi częściami, a uzysk ginie tam, gdzie regulator dla bezpieczeństwa się wycofuje. Każda nowa platforma powtarza wysiłek.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Przeniesienie starego regulatora i skorygowanie wzmocnień to droga skrótu; kończy się limitami ostrożnymi wszędzie. Usztywnienie łopat dodaje masy i kosztów, co niweczy sens większego wirnika.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie symulacji obciążeń Państwa turbiny, danych modelu i, tam gdzie mierzono, zapisów z prototypów sprawdzam, gdzie granicą jest regulator. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy sterowanie oparte na modelu potrafi objąć nowe przypadki obciążeń w granicach, jakie dopuszcza konstrukcja. Pracowałem nad sterowaniem turbin wiatrowych w IAV (firmie inżynierskiej dla motoryzacji i energetyki).

Więcej: Sterowanie, które dostosowuje się do dryfu i zużycia

Aktywność nastawiania łopat zużywa łożyska

Co się dzieje. Układ nastawiania łopat obraca je stale, by utrzymać prędkość i ograniczyć obciążenia. Wiele drobnych ruchów trafia w łożyska, a wzmocnienie dające najlepszą moc lub największe zmniejszenie obciążeń daje też największe zużycie.

Ile to kosztuje. Łożyska i napędy nastawiania łopat są drogie w wymianie, często z dźwigiem, a awarie objawiają się przestojami. Floty z krótką trwałością łożysk niosą koszt utrzymania, którego nie było w biznesplanie.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Zmniejszenie wzmocnienia spowalnia nastawianie i zmniejsza zużycie, ale rezygnuje z kontroli obciążeń. Filtr na sygnale nastawiania usuwa ruch, nie pytając, które ruchy były pożyteczne.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie symulacji turbiny i zmierzonych zapisów nastawiania sprawdzam, jaka część ruchu jest pożyteczna, a jaka tylko goni za szumem. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy predykcyjne nastawianie świadome obciążeń może zachować korzyść w obciążeniach przy ułamku ruchu i co regulator musiałby wiedzieć.

Więcej: Sterowanie predykcyjne instalacji procesowych

Słabe tłumienie drgań wieży przy pewnych prędkościach

Co się dzieje. Przy pewnych prędkościach wirnika wieża kołysze się i sama prawie się nie tłumi. Wysokie wieże i miękkie fundamenty pogarszają sprawę. Turbina albo szybko przechodzi przez te prędkości, albo ich unika.

Ile to kosztuje. Zmęczenie wieży i fundamentu oraz zakres prędkości, którego nie można używać. Unikanie zakresu prędkości kosztuje produkcję przy wiatrach, przy których byłaby potrzebna.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Sztywniejsza wieża jest ciężka i droga. Pomijanie zakresu prędkości jest proste i oddaje uzysk za każdym razem, gdy wiatr w nim stoi.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie sygnałów z przyspieszeniomierzy lub obciążeń wieży, prędkości wirnika i modelu wieży z fundamentem sprawdzam, ile tłumienia mogłoby dodać sterowanie aktywne. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy aktywne tłumienie przez nastawianie łopat lub generator jest obiecujące w Państwa konstrukcji i co by Państwo mierzyli.

Więcej: Sterowanie, które dostosowuje się do dryfu i zużycia

Podmuchy uderzają, zanim regulator zareaguje

Co się dzieje. Podmuch dociera do wirnika, a regulator dowiaduje się o nim tylko z reakcji maszyny: prędkości, momentu, obciążeń łopat. Wtedy obciążenie jest już w konstrukcji.

Ile to kosztuje. Szczytowe obciążenia, które wyznaczają konstrukcję łopat i wieży, oraz wychylenia prędkości, które wyłączają turbinę. Wyższe obciążenia oznaczają cięższe części albo zmniejszoną produkcję.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Szybszy regulator reaguje wcześniej, ale nie może zareagować, zanim ma informację. Lidar (laserowy pomiar wiatru przed wirnikiem) dodaje sprzętu i kosztów i nie wszędzie jest akceptowany.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie danych turbiny i lokalizacji sprawdzam, co do sterowania mogłaby wnieść krótkoterminowa prognoza wiatru, z lidaru lub z pozostałych turbin farmy. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy wyprzedzenie w sterowaniu dostatecznie zmniejsza szczytowe obciążenia i z jakich danych by korzystało.

Więcej: Sterowanie predykcyjne instalacji procesowych

Efektywna prędkość wiatru nie jest mierzona

Co się dzieje. Anemometr stoi za wirnikiem, w zakłóconym przepływie, i pokazuje coś innego niż wiatr, który widzi wirnik. Regulator pracuje ze zmierzonym wiatrem, który jest błędny w kierunku i wielkości, które mają znaczenie.

Ile to kosztuje. Cierpi jakość regulacji: mija się optymalną prędkość wirnika, a krzywa mocy leży poniżej tego, co maszyna mogłaby dać. Czujnik dryfuje i starzeje się, przesuwając cały obraz.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Tablicę korekcyjną od anemometru do wiatru rzeczywistego robi się raz i trzeba ją dopasowywać w każdej lokalizacji. Lepszy anemometr nie widzi tego, co dzieje się na całej tarczy wirnika.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie własnych sygnałów maszyny (prędkość wirnika, moment, nastawienie łopat, moc) sprawdzam, czy efektywną prędkość wiatru da się obliczyć estymatorem. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy takie oszacowanie jest dość dobre, by zastąpić lub kontrolować anemometr, i co by to znaczyło dla sterowania.

Więcej: Obliczanie niemierzonych wielkości na potrzeby sterowania

Tensometry zawodzą, a żywotność pozostaje nieznana

Co się dzieje. Tensometry na łopatach i wieży mierzą obciążenia, od których zależy, jak długo maszyna wytrzyma. Zawodzą w terenie, w pogodzie, i zapis obciążeń ma dziury.

Ile to kosztuje. Bez zapisu nikt nie wie, ile życia zużyto. Producent nie może zaoferować przedłużenia żywotności, a operator nie może go wykazać.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Wymiana tensometrów wymaga technika i często dźwigu, a nowe tensometry znów zawodzą. Przyjęcie obciążeń projektowych za rzeczywiste jest bezpieczne dla producenta i rozrzutne dla operatora.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie zwykłych sygnałów turbiny (przyspieszenia, moc, prędkość wirnika, nastawienie łopat) i okresów, w których tensometry działały, sprawdzam, czy obciążenia da się oszacować, gdy tensometry nie działają. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy oszacowanie obciążeń z sygnałów jest dość dokładne, by wypełnić luki i nadzorować flotę.

Więcej: Obliczanie niemierzonych wielkości na potrzeby sterowania

Sterowanie musi spełniać nowe wymagania sieciowe

Co się dzieje. Operatorzy sieci zaostrzają wymagania: jak turbina zachowuje się przy zapadzie napięcia, jak oddaje moc bierną, jak szybko reaguje na skok częstotliwości. Każdy kraj i każdy operator ma własną tablicę.

Ile to kosztuje. Każda zmiana wymaga kolejnej rundy zmian sterowania, symulacji, prób i certyfikacji. Turbina, która nie spełnia nowej reguły, nie może być sprzedawana na tym rynku.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Dodawanie parametrów dla każdego kodeksu sieci do istniejącego regulatora czyni z niego łatanę całość, której nikt nie chce ruszać. Przerabianie całego regulatora za każdym razem jest zbyt drogie.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie istniejącego regulatora, modelu przekształtnika i wymagań sieci sprawdzam, które wymagania sterowanie spełni zmianami parametrów, a gdzie potrzebna jest zmiana strukturalna. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czego wymagałoby dostosowanie i o ile model może zmniejszyć liczbę prób.

Więcej: Model zamiast ręcznie strojonych tablic parametrów

Platformy pływające sprzęgają się ze sterowaniem

Co się dzieje. Na turbinie pływającej platforma porusza się wraz z falami i ciągiem wirnika, a regulator działa na ten sam ruch. Regulator zrobiony dla stałej wieży może sprawić, że platforma będzie się kołysać mocniej.

Ile to kosztuje. Niestabilność lub duże obciążenia oraz ostrożne nastawy, które rezygnują z uzysku. Awarie na morzu są trudne i kosztowne w dotarciu i naprawie.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Rozstrojenie regulatora aż do stabilności daje bezpieczną maszynę o mniejszym uzysku. Próby modelowe platformy są drogie i obejmują tylko kilka stanów morza.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie modelu platformy i turbiny, danych o falowaniu i, jeśli istnieją, wyników z basenu badawczego sprawdzam, jak sterowanie oddziałuje na ruch platformy. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy model sprzężony z nowym regulatorem utrzyma platformę w spokoju i czego model wymaga od Państwa konstrukcji.

Więcej: Sprzężone maszyny z nasycającymi się elementami wykonawczymi

Próby w terenie są drogie i zależą od pogody

Co się dzieje. Nowe oprogramowanie sterujące trzeba przetestować na prawdziwej turbinie, przy odpowiednim wietrze, z odpowiednią ekipą i wolnym terminem. Kampania może stać tygodniami w oczekiwaniu na wiatr.

Ile to kosztuje. Opóźnienie i koszt stojącego prototypu oraz ryzyko próby, która w pełnej skali pójdzie źle. Każda iteracja jest wolna.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Więcej prototypów lub miejsc prób kosztuje i nie usuwa zależności od pogody. Powtarzanie tej samej próby w kółko, by pokryć przypadki, jest zbyt wolne.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie Państwa planów prób, modelu symulacyjnego turbiny i wyników wcześniejszych kampanii sprawdzam, które próby da się najpierw wykonać w symulacji, a które wymagają terenu. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, jak lepsza symulacja zmniejsza liczbę dni w terenie i co trzeba tam wykazać.

Więcej: Model zamiast ręcznie strojonych tablic parametrów

Specyfikacje sterowania są niekompletne

Co się dzieje. Specyfikację sterowania nowej turbiny pisze się, gdy konstrukcja jeszcze się zmienia. Interfejsy, limity obciążeń, funkcje bezpieczeństwa i tryby pracy nie są wszystkie zdefiniowane, a luki wychodzą, gdy kod jest już napisany.

Ile to kosztuje. Poprawki w oprogramowaniu i próbach oraz dyskusje między zespołami sterowania, obciążeń, elektryki i bezpieczeństwa o tym, kto miał co zrobić. Cierpi czas wprowadzenia na rynek.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Ręczne pisanie bardziej szczegółowych wymagań jest powolne i starzeje się przy następnej zmianie konstrukcji. Zatrudnienie większej liczby inżynierów automatyki pomaga tylko wtedy, gdy doświadczeni mają czas ich prowadzić.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie Państwa istniejących specyfikacji, list interfejsów i historii zmian sprawdzam, gdzie są luki i sprzeczności. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, co zewnętrzny przegląd wymagań i architektury sterowania może wyjaśnić, zanim kod zostanie napisany.

Każde miejsce strojone jest ręcznie

Co się dzieje. Parametry dla każdego miejsca lub wariantu turbiny znajdują inżynierowie: nastawy filtrów, limity prędkości, limity obciążeń, progi wyłączeń. Inżynierowie przechodzą przez listę, wychodząc od podobnego miejsca.

Ile to kosztuje. Czas inżynierski na miejsce, który rośnie wraz z flotą, i ryzyko, że dwa miejsca zostaną nastrojone inaczej bez powodu. Błędy wychodzą późno w eksploatacji.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Większe tablice parametrów tylko mnożą pracę. Kopiowanie z podobnego miejsca jest szybkie i kopiuje jego błędy oraz niedopasowanie do nowych warunków.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie Państwa zestawów parametrów, danych lokalizacji i zapisów rozruchu sprawdzam, które parametry naprawdę zależą od miejsca i jak można je obliczać z modelu zamiast stroić. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy zautomatyzowane parametryzowanie oszczędza dość czasu inżynierskiego dla Państwa floty i czego wymagałoby jako wejścia.

Więcej: Model zamiast ręcznie strojonych tablic parametrów

Małym turbinom brakuje dobrego sterowania

Co się dzieje. Małe turbiny wiatrowe pracują często z prostym sterowaniem, bo nie stać ich na lepsze. Buduje się je w małych seriach, tanio, a regulator jest stałą tablicą.

Ile to kosztuje. Mniejszy uzysk, niż mógłby dać wirnik, obciążenia i hałas, które mogłyby być mniejsze, oraz zła opinia o całej klasie maszyn.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Profesjonalny regulator zrobiony jak dla dużej turbiny kosztuje zbyt wiele. Oprogramowanie tanie, ale stałe, nie dostosowuje się do miejsca.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie karty katalogowej maszyny, kilku zmierzonych przebiegów i dostępnego taniego sprzętu sprawdzam, ile mógłby dodać regulator oparty na modelu na małym procesorze. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, jakie poprawy uzysku i obciążeń są prawdopodobne i czy wysiłek opłaca się dla Państwa serii.

Więcej: Sterowanie predykcyjne na sprzęcie wbudowanym

Sterowanie farmą wiatrową i elektrownią hybrydową wymaga wsparcia decyzji

Co się dzieje. Zespoły producentów turbin muszą zbudować sterowanie dla całych farm wiatrowych i elektrowni hybrydowych z magazynem i słońcem. Umiejętności są w małych zespołach, a inżynierów automatyki, którzy znają też optymalizację, trudno znaleźć.

Ile to kosztuje. Projekty czekają na tych samych kilka osób, a funkcje poziomu elektrowni przychodzą późno lub jako łatanina reguł. Klienci chcą elektrowni, która podąża za rynkiem, a nie tylko za wiatrem.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Rekrutacja jest powolna w małej dziedzinie. Sterowanie turbiną i optymalizacja elektrowni to różne dyscypliny, a ich połączenie to miejsce, w którym projekty utykają.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie Państwa modelu elektrowni, struktury regulatora i przykładowych danych eksploatacyjnych sprawdzam, które zadania poziomu elektrowni może przejąć optymalizacja predykcyjna. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, jak wyglądałby taki regulator elektrowni, jakiego wsparcia decyzji potrzebują operatorzy i ile z tego zewnętrzny inżynier może z Państwem uruchomić.

Więcej: Ekonomiczne sterowanie predykcyjne

Sterowanie przekształtnikiem trudno zweryfikować, a usterki trudno wyśledzić w terenie

Co się dzieje. Oprogramowanie sterujące przekształtnikiem trzeba zweryfikować wobec wielu przypadków sieci i awarii, a gdy w terenie coś zachowuje się dziwnie, trudno rozstrzygnąć, czy przyczyną jest przekształtnik, regulator czy sieć.

Ile to kosztuje. Długie cykle weryfikacji, zwroty z terenu o niejasnych przyczynach i inżynierowie spędzający tygodnie nad jednym zdarzeniem. Kosztem jest czas i gorsza opinia u klientów, którzy czekają.

Dlaczego zwykłe rozwiązanie nie działa. Więcej stanowisk badawczych sprawdza to, co przewidziano z góry. Usterka w terenie zdarza się w mieszance warunków, której żadne stanowisko nie odtworzy.

Jak sprawdza to zdalna diagnoza w stałej cenie. Na podstawie zapisów z terenu dotyczących usterek, modelu przekształtnika i wyników prób sprawdzam, czy zdarzenia da się odtworzyć w symulacji i gdzie leży przyczyna. Zdalna diagnoza w stałej cenie mówi, czy diagnostyka z danych terenowych szybciej znajduje przyczynę i jakie zapisy byłyby potrzebne.

Więcej: Model zamiast ręcznie strojonych tablic parametrów