Քամու տուրբինի աշխատանքի համար թեքության կառավարման համակարգի կարևորությունը
Քամու տուրբինները աշխարհի ամենաարագ զարգացող վերականգնվող էներգիայի տեխնոլոգիաներից մեկն են: Թվացյալ պարզ հսկա թևերի հետևում թաքնված է կառավարման համակարգերի բարդ շարք, որոնք ապահովում են տուրբինի անվտանգ, կայուն աշխատանքը և էլեկտրաէներգիայի օպտիմալ արտադրությունը: Ժամանակակից քամու տուրբինի շահագործման հիմնական բաղադրիչը թեքության կառավարման համակարգն է՝ մեխանիզմ, որը կարգավորում է թևերի հարձակման անկյունը քամու նկատմամբ: Այս անկյունը որոշում է, թե որքան քամու էներգիա կարող է փոխակերպվել մեխանիկական, ապա էլեկտրական էներգիայի, միաժամանակ կանխելով տուրբինի գերբեռնվածությունը ուժեղ քամիների ժամանակ:
Հողմային տուրբիններում թեքության հասկացության ըմբռնումը
Պարզ ասած՝ «քայլք» տերմինը վերաբերում է տուրբինի թևի պտույտին իր երկայնական առանցքի երկայնքով, որը փոխում է թևի անկյունը քամու նկատմամբ: Ամենատարածված օգտագործվող հորիզոնական առանցքով հողմային տուրբինում (HAWT) թևերը գործում են շատ նման ինքնաթիռի թևերին. երբ քամին անցնում է դրանց վրայով, դրանք ստեղծում են վերելք, որը շարժում է ռոտորը: Եթե թևի անկյունը չափազանց փոքր է, ստեղծված վերելքը չի մաքսիմալացվում, և տուրբինը կորցնում է իր արտադրողական ներուժը: Եվ հակառակը, եթե անկյունը չափազանց մեծ է, օդի հոսքը կարող է կանգ առնել (անջատվել թևի մակերեսից), մեծացնելով տուրբուլենտությունը, մեծացնելով կառուցվածքային բեռները և նվազեցնելով արդյունավետությունը:
Քանի որ քամու արագությունները անընդհատ փոփոխվում են, տուրբինները չեն կարող հույսը դնել թևերի ստատիկ դիրքերի վրա: Ահա թե ինչու է կարևոր թեքության կարգավորումը. այն ապահովում է, որ թևերը միշտ լինեն օպտիմալ անկյան տակ՝ գերակշռող քամու պայմանների համար:
Բարձրության կարգավորման դերը էներգիայի արտադրության մաքսիմալացման գործում
Քամու տուրբինի հիմնական նպատակն է կլանել որքան հնարավոր է շատ քամու էներգիա իր նախագծային սահմաններում: Քամու թեքության կառավարման համակարգը կարևոր դեր է խաղում տուրբինի աշխատանքը գրեթե օպտիմալ հզորության գործակցով (Cp) պահպանելու գործում: Ցածրից մինչև միջին քամու արագությունների դեպքում թեքության կառավարումը օգնում է թևերին պահպանել արդյունավետ հարձակման անկյուն, թույլ տալով ռոտորին հասնել օպտիմալ պտույտի:
Ժամանակակից տուրբիններում, որոնք ունեն փոփոխական արագության գեներատորներ, տարածված ռազմավարությունն այն է, որ տուրբինը աշխատի գրեթե օպտիմալ ծայրի արագության հարաբերակցությամբ՝ թիակի ծայրի արագության և քամու արագության հարաբերակցությամբ: Թեքության կառավարումը գործում է գեներատորի պտտող մոմենտի կառավարման համակարգի հետ համատեղ՝ այս վիճակը պահպանելու համար: Արդյունքը տարեկան էներգիայի արտադրողականության (AEP) աճ է, հատկապես քամու բարձր տատանումներ ունեցող վայրերում:
Առանց պատշաճ թեքության կարգավորման, տուրբինները կարող են տատանվել էներգիայի արտադրության մեջ կամ աշխատել իրենց առավելագույն ներուժից շատ ցածր։ Քամու էլեկտրակայանի մասշտաբով, մեկ տուրբինի արդյունավետության փոքր բարելավումները կարող են հանգեցնել տնտեսապես նշանակալի լրացուցիչ արտադրության։
Պահպանում է կայուն հզորությունը ուժեղ քամու ժամանակ
Քամու տուրբիններն ունեն գործառնական սահման, որը հայտնի է որպես քամու անվանական արագություն: Այս արագությունից բարձր տուրբինը չի կարող անորոշ ժամանակով շարունակել հզորությունը մեծացնել, քանի որ գեներատորը և մեխանիկական բաղադրիչները ունեն որոշակի հզորություն: Ահա թե որտեղ է գործի դրվում թեքության կարգավորումը. երբ քամին ավելի ուժեղ է, քան անվանական արժեքը, թեքության համակարգը «կշրջի» թևերը դեպի «փետուր» (կնվազեցնի հարձակման անկյունը)՝ վերելքը նվազեցնելու և անվտանգ հզորություն ապահովելու համար:
Անվանական հզորության վրա ելքը պահպանելու ունակությունը տուրբինին հնարավորություն է տալիս.
1. Խուսափեք գեներատորի ավելորդ պտտող մոմենտից և գերտաքացումից,
2. Նվազեցրեք փոխանցման տուփի մեխանիկական բեռը (եթե կա),
3. Երկարացնել փոխանցման համակարգի բաղադրիչների կյանքը,
4. Ցանցի էլեկտրամատակարարման կայունության պահպանումը:
Արագ արձագանքող և ճշգրիտ թեքության կառավարումը նշանակում է, որ տուրբինը կարող է անվտանգ աշխատել բարձր քամու արագությամբ, ինչը հանգեցնում է աշխատանքային ժամերի ավելացման և տարեկան արտադրողականության բարձրացման։
Պաշտպանություն ծայրահեղ բեռներից և տուրբինային անվտանգություն
Քամին ոչ միայն դանդաղ է փոխվում, այլև կարող է լինել պոռթկումների, տուրբուլենտության կամ ծայրահեղ պայմանների, ինչպիսիք են փոթորիկները, տեսքով: Տուրբինները պետք է կարողանան դիմակայել զգալի դինամիկ բեռներին: Քամու թեքության կարգավորումը ծառայում է որպես այդ բեռները մեղմելու հիմնական պաշտպանության մեխանիզմ:
Երբ համակարգը հայտնաբերում է չափազանց մեծ քամու արագություն, աննորմալ տատանումներ կամ ռոտորի գերարագություն, թեքության կարգավորիչը կարող է արագորեն թեքվել դեպի փետուր՝ նվազեցնելով աերոդինամիկ դիմադրությունը և դանդաղեցնելով ռոտորը: Սա կարևոր է թևերի, առանցքի, գոնդոլայի և աշտարակի կառուցվածքային վնասը կանխելու համար: Արտակարգ իրավիճակներում թեքության համակարգը հաճախ անվտանգ դիզայնի մաս է կազմում, որը թույլ է տալիս թևերին շարժվել դեպի «անվտանգ» դիրք խանգարման ժամանակ:
Այսպիսով, թեքության վերահսկողությունը վերաբերում է ոչ միայն արդյունավետությանը, այլև անմիջականորեն կապված է շահագործման անվտանգության հետ։
Նվազեցնել նյութական հոգնածությունը և սպասարկման ծախսերը
Քամու տուրբինները տասնամյակներ շարունակ աշխատում են կոշտ, բաց միջավայրերում: Կրկնվող բեռնվածության ցիկլերը հոգնածություն են առաջացնում թևերի նյութերում, պտուտակներում, միացումներում և աշտարակի կառուցվածքում: Լավ թեքության կառավարումը կարող է նվազեցնել բեռի տատանումները՝ կայունացնելով ռոտորի վրա ազդող աերոդինամիկ ուժերը:
Որոշ տուրբիններ օգտագործում են անհատական թեքության կառավարում, որը կարգավորում է յուրաքանչյուր թևի թեքությունը առանձին (այլ ոչ թե միաժամանակ): Այս տեխնիկան օգնում է նվազեցնել քամու սղման (քամու արագության տարբերությունը բարձրության հետ), տուրբուլենտության կամ աշտարակի ստվերների պատճառով առաջացող ասիմետրիկ բեռները: Արդյունքը կարևոր բաղադրիչների վրա հոգնածության բեռների նվազում է, ինչը, ի վերջո, հետևյալն է.
– Երկարացնում է շեղբերի և կրողների կյանքը,
– Նվազեցնել ստուգումների և բաղադրիչների փոխարինման հաճախականությունը,
- Նվազեցնել անսարքության ժամանակը,
– Նվազեցնում է շահագործման և սպասարկման (O&M) ծախսերը։
Ազդեցությունը շատ նկատելի է, հաշվի առնելով, որ շահագործումն ու պահպանումը քամու էներգիայի նախագծերի հիմնական ծախսային բաղադրիչն է։
Ինչպես է աշխատում պտույտի կառավարման համակարգը
Ընդհանուր առմամբ, լարման կառավարման համակարգը բաղկացած է հետևյալից.
1. Սենսորներ և չափման համակարգեր՝ քամու արագության անեմոմետր, քամու ուղղության քամու թև, ռոտորի պտտման սենսոր, պտտող մոմենտի, ջերմաստիճանի և թրթռման սենսոր:
2. Կառավարիչ. սովորաբար հիմնված է PLC-ի կամ արդյունաբերական կառավարման համակարգի վրա, որը գործարկում է ալգորիթմներ՝ օպտիմալ թեքության անկյունը և արտակարգ իրավիճակներին արձագանքը որոշելու համար։
3. Քայլի շարժիչ. շարժում է շեղբը կառավարիչի հրամաններին համապատասխան: Շարժիչը կարող է լինել հիդրավլիկ կամ էլեկտրական համակարգ:
4. Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման և պահուստային համակարգ. ներառում է մարտկոց/կոնդենսատոր՝ ապահովելու համար, որ հիմնական էլեկտրաէներգիայի անջատման դեպքում լարը կարողանա տեղափոխվել անվտանգ դիրք։
Գործնականում, կարգավորիչը հաշվարկում է պահանջվող թեքությունը՝ հիմնվելով հզորության նպատակային ցուցանիշի, ռոտորի արագության և բեռնվածության սահմանների վրա: Երբ քամիները արագ են փոխվում, թեքության կառավարումը պետք է հավասարակշռի երկու բան՝ բավականաչափ արագ արձագանք՝ տուրբինը պաշտպանելու համար, բայց ոչ այնքան ագրեսիվ, որ առաջացնի տատանումներ կամ լրացուցիչ բեռներ՝ շեղբերի չափազանց շարժման պատճառով:
Բարձրության կառավարման տեխնոլոգիայի մարտահրավերներն ու զարգացումները
Թեև կարևոր է, թեքության կառավարումը ներկայացնում է իր սեփական մարտահրավերները: Թեքության համակարգը պետք է հուսալիորեն գործի ծայրահեղ ջերմաստիճաններում, բարձր խոնավության և քայքայիչ պայմաններում (հատկապես ծովում): Թեքության շարժիչի կամ սենսորի խափանումը կարող է հանգեցնել տուրբինի կանգառին կամ նույնիսկ վնասման վտանգի:
Հետևաբար, արդյունաբերությունը շարունակում է զարգանալ.
– Ավելի խելացի ադապտիվ կառավարման ալգորիթմներ,
– Քամու պոռթկումների կանխատեսում՝ LIDAR տվյալների միջոցով՝ կանխարգելիչ կառավարման համար,
- վիճակի մոնիթորինգ՝ վնասը վաղ հայտնաբերելու համար,
– Ավելի հուսալի ավելորդության նախագծում և արտակարգ իրավիճակների համակարգեր։
Այս նորարարությունները նպատակ ունեն ավելացնել արտադրությունը, նվազեցնել բեռնվածությունը և բարելավել տուրբինների հուսալիությունը։
Եզրակացություն
Թեքության կառավարման համակարգը ժամանակակից քամու տուրբինների ամենակարևոր տարրերից մեկն է: Դրա դերը ներառում է էներգիայի արտադրության օպտիմալացումը, ուժեղ քամիների ժամանակ հզորության վերահսկումը, ծայրահեղ պայմաններում անվտանգության ապահովումը և նյութի հոգնածության նվազեցումը, որն անմիջականորեն ազդում է սպասարկման ծախսերի և տուրբինների կյանքի տևողության վրա: Քանի որ տուրբինները դառնում են ավելի մեծ, իսկ տեղադրման վայրերը՝ հատկապես ծովային հատվածում՝ ավելի դժվար, ճշգրիտ, արագ արձագանքող և հուսալի թեքության կառավարման անհրաժեշտությունը դառնում է ավելի կարևոր: Վերջին հաշվով, թեքության կառավարման համակարգի որակը որոշում է, թե արդյոք քամու տուրբինը կարող է օպտիմալ կերպով նպաստել կայուն և կայուն մաքուր էներգիայի ապահովմանը:
