В Германии применяют методы дистанционного мониторинга целостности лопастей

Опубликовано: 13.12.2017

Немецкие специалисты начинают применение методов термографии и акустического мониторинга на оффшорных ветропарках.

В Германии применяют методы дистанционного мониторинга целостности лопастей

Средний срок службы лопастей ветрогенератора составляет около 20 лет. Для контроля их целостности традиционно используется труд промышленных альпинистов, и эти обследования непосредственно влияют на рентабельность производства электроэнергии. Мониторинг следует проводить регулярно, как минимум один раз в четыре года, однако в случае оффшорной ветроэнергетики он весьма сложный и затратный. Особые погодные условия нередко приводят к переносам сроков обследования, из-за чего возможно развитие появляющихся структурных повреждений и, как следствие, происходит значительное сокращение срока службы всей ветроустановки.

Наилучшая производительность работы достигается при максимально гладкой поверхности лопастей. Во время работы ветрогенератора, лопасти развивают скорость до 300-350 км/ч (что сопоставимо со скоростями болидов Формулы-1). Любые, даже самые незначительные повреждения приводят к образованию турбулентности, снижению эффективности работы, и, конечно, к раннему износу турбины. В экстремальных условиях эксплуатации турбин морских электростанций лопасти подвергаются более серьезным воздействиям ультрафиолетового излучения, ветра, дождей и насыщенного солями воздуха (по сравнению с наземным базированием).

При стандартном методе промышленные альпинисты, проводящие обследование состояния ветряков, ищут повреждения, простукивая поверхность. И обследовать таким образом лопасти роторов морских электростанций сложнее, чем наземных. Так, для сокращения времени простоя турбин, уменьшения рисков возникновения поломок и повышения эффективности их работы, ученые из немецкого исследовательского центра Fraunhofer вместе с промышленными компаниями создали совместный проект «Thermoflight». В рамках этого проекта тестируются новые методы непрерывного мониторинга целостности лопастей и других конструкций ветрогенератора без физического присутствия людей. Суть нового подхода в использовании специальных дронов, оснащенных тепловизионными камерами и установке на элементы ротора систем акустического мониторинга.

При использовании акустического метода контроля на внутренних поверхностях лопастей, а также в заведомо слабых местах конструкции, устанавливаются сенсоры (акустические и пьезоэлектрические), которые позволяют детектировать разнообразные внутренние повреждения конструкции. Метод основан на том, что в случае появления повреждений конструкции растягивающие силы внутри нее изменяются, что приводит к выделению энергии в форме тепла и образованию поверхностных звуковых волн. Сенсоры акустического излучения анализируют задержку времени прибытия волн и посылают данные на цифровое измерительное устройство, установленное на втулке турбины, которое собирает их и анализирует. На основе анализа этих данных можно определить, в какой части конструкции появляются повреждения и насколько они серьезны. Система акустического мониторинга в данном случае используется как инструмент раннего оповещения. А благодаря термографии стало возможно обнаруживать повреждения внутренней и внешней структуры композитных материалов, включая отслаивания, инородные включения и прочие дефекты, снижающие срок службы элементов турбины.

Метод термографического мониторинга уже некоторое время успешно применялся на наземных ВЭС и доказал свою эффективность, а сейчас исследователи работают над адаптацией его к морским условиям. После экспериментального этапа будут выбраны наиболее надежные типы тепловизионных камер и моделей дронов.

Таким образом, внедрение новых методов контроля целостности ветроустановок, помимо снижения стоимости мониторинга, способствует значительному увеличению выработки электроэнергии благодаря уменьшению времени простоев. Если промышленному альпинисту на осмотр лопасти морской турбины требуется целый день, то с помощью дрона это время снижается до одного часа, а акустическая система требует и того меньших затрат времени. Все необходимые данные эксплуатирующая компания будет иметь уже на земле. Конечно, полностью от обследований специалистами уйти не удастся, но имея предварительные данные сами осмотры будут проводиться быстрее, а их планирование станет более эффективным.

← вернуться назад