Систем за вртење на висечката површина кај ветерните турбини и неговите придобивки
Енергијата на ветерот стана клучен столб во транзицијата кон почисти извори на енергија. Зад навидум едноставните лопатки на ветерната турбина, функционираат различни контролни системи за да се обезбеди турбината оптимално и безбедно да ја апсорбира енергијата на ветерот. Еден од најважните системи е системот за свртување. Овој систем е одговорен за ориентирање на гондолата (куќиштето на моторот) и роторот секогаш свртени кон насоката на ветерот. Без правилно функционирачки систем за свртување, турбината ќе ја изгуби ефикасноста, ќе доживее прекумерен механички стрес и потенцијално ќе откаже предвреме. Оваа статија дискутира за тоа што е систем за свртување, како работи, неговите главни компоненти и неговите придобивки за перформансите и животниот век на ветерната турбина.
Разбирање на системот на отстапување кај ветерните турбини
Едноставно кажано, скршнувањето е ротационо движење на турбината околу нејзината вертикална оска за да се прилагоди положбата на роторот во однос на насоката на ветерот. Примарната цел е да се обезбеди роторот свртен кон ветерот (спротивно на ветерот) кај повеќето модерни турбини, осигурувајќи дека лопатките добиваат рамномерен проток на воздух и произведуваат максимална моќност. Кога роторот не е порамнет со насоката на ветерот (непорамнување на скршнувањето), дел од енергијата на ветерот се троши залудно, а аеродинамичните сили стануваат неурамнотежени.
Повеќето ветерни турбини од комунален размер имаат активни системи за скршнување, особено ветерните турбини со хоризонтална оска (HAWT). Кај помалите турбини, скршнувањето понекогаш е пасивно, користејќи опашка за природно насочување на роторот кон ветерот, но овој пристап е генерално несоодветен за поголеми турбини поради барањата за прецизност, структурните оптоварувања и безбедносните фактори.
Зошто турбината мора секогаш да биде свртена кон ветерот?
Ветерот е динамичен: неговиот правец и брзина се менуваат поради топографијата, турбуленциите, температурните разлики и ефектите од зградите или другите турбини на ветерната фарма. Кога турбината не е свртена кон ветерот, аголот на ветерот што удира врз роторот е помалку од идеален. Влијанијата вклучуваат:
1. Намалување на моќноста: Неусогласеноста предизвикува намалување на коефициентот на моќност. Под одредени услови, отстапување од само неколку степени може да го намали годишното производство на енергија.
2. Нерамномерно оптоварување: Пропелерот прима асиметрични сили, со што се зголемува заморот на материјалот на сечилото, главчината, гондолата и кулата.
3. Вибрации и бучава: Нерамномерниот проток може да ја зголеми локалната турбуленција во роторот, предизвикувајќи поголеми вибрации и бучава.
4. Ризик од оштетување на компонентите: Дополнителните оптоварувања го забрзуваат абењето на лежиштата, менувачите и другите системи за пренос.
Затоа скршнувањето е важен дел од стратегијата за контрола на турбината, заедно со контролата на наклонот (аголот на лопатката) и контролата на генераторот.
Главни компоненти на системот за отстапување
Системот за скршнување кај модерната ветерна турбина се состои од неколку механички и електрични компоненти кои работат на интегриран начин:
1. Лежиште за отклонување
Големото лежиште во облик на прстен овозможува гондолата да ротира во однос на врвот на кулата. Ова лежиште ги издржува тешките оптоварувања од роторот и гондолата, а воедно овозможува непречена ротација.
2. Погон на отстапување / мотор на отстапување (погон на отстапување)
Електричен мотор (честопати неколку единици) ја ротира гондолата преку менувач и пињон кој го вклучува прстенестиот запчаник на лежиштето за заоблување. Употребата на повеќе мотори овозможува распределба на вртежниот момент и редундантност.
3. Сопирачка за отстапување (сопирачка за отстапување)
Системот за сопирање ја држи гондолата во одредена положба за да спречи движење поради налети на ветер или варијации на вртежниот момент. Сопирачките што се движат по вртење се неопходни за стабилност, намалување на абењето и спречување на неконтролирано движење.
4. Контролер за скршнување
Делот од системот за контрола на турбината што одлучува кога да се скрши. Контролерот чита податоци од сензорите и го одредува дејството на моторот и сопирачката.
5. Сензор за насока на ветер (ветролор) и анемометар
Ветропроводникот го мери правецот на ветерот, додека анемометарот ја мери брзината на ветерот. Овие податоци служат како примарна референца за прилагодување на ориентацијата на турбината.
6. Лизгачки прстен / флексибилен кабелски систем
Бидејќи гондолата ротира, електричните и сигналните кабли мора да се управуваат за да се спречи извиткување. Лизгачките прстени или системите за управување со кабли обезбедуваат напојувањето и комуникацијата да останат функционални за време на операциите на скршнување.
Како функционира системот за вртење
Генерално, системот за скршнување работи врз основа на принципот на контрола на повратна информација. Еве еден едноставен тек:
1. Сензорот ја чита насоката на ветерот и ја споредува со моменталната насока на роторот.
2. Ако отстапувањето надмине одреден праг (на пр. неколку степени), контролерот го активира моторот за скршнување.
3. Сопирачката за скршнување се отпушта, гондолата полека се ротира додека не се приближи до правецот на ветерот.
4. Откако ќе се достигне саканата толеранција, моторот запира и сопирачката за вртење на рамнината повторно се блокира.
Системот за скршнување не е секогаш во движење. Ако ветерот се менува малку и брзо, постојаното скршнување всушност може да предизвика абење на компонентите. Затоа, контролата на скршнувањето обично користи хистерезис или логика на одложување за да скршнува само кога промената на насоката е значајна и стабилна.
Видови стратегии за отстапување од насоката
Во пракса, постојат неколку стратегии за скршнување што се користат во зависност од дизајнот на турбината и условите на локацијата:
– Активно скршнување: користи мотори и автоматски контроли, широко се користи во големи турбини.
– Пасивно скршнување: користи опашка или аеродинамичен дизајн, вообичаен кај малите турбини.
– Слободно отклонување со пригушувач: гондолата може да ротира послободно, но сепак е контролирана од пригушувач за да се спречи прекумерна осцилација.
– Контролирано несовпаѓање на отклонувањето: Во ветерните фарми, турбините понекогаш се намерно малку несовпаѓаат за да се намалат ефектите од отскокнување и да се зголеми вкупното производство на фармата (концепт на управување со отскокнување). Ова е напредна стратегија и бара внимателно моделирање и контрола.
Предности на системот за вртење на ветерниците
1. Зголемување на производството на енергија
Примарната придобивка од скршнувањето е одржувањето на роторот во оптимална ориентација, овозможувајќи ѝ на турбината да апсорбира што е можно повеќе енергија од ветерот. На ниво на ветерна фарма, конзистентните подобрувања на скршнувањето можат значително да го зголемат годишното производство на енергија, особено на локации со чести промени на насоката на ветерот.
2. Намалете го оптоварувањето од замор и продолжете го животниот век на турбината
Прецизното скршнување помага во намалувањето на неурамнотежените сили врз роторот и кулата. Намалените оптоварувања од замор значат дека компонентите како што се лопатките, лежиштата и структурите на кулата доживуваат помал стрес на долг рок, зголемувајќи го нивниот век на траење и намалувајќи го ризикот од дефект.
3. Одржување на оперативната стабилност и безбедност
При силни ветрови или турбуленции, системот за скршнување работи заедно со системи за контрола на наклонот и заштита за да ја одржи турбината во безбедни работни граници. Контролираното скршнување ја намалува веројатноста за ненадејни движења што би можеле да ги загрозат компонентите или персоналот за одржување.
4. Намалете ги трошоците за одржување и времето на застој
Кога системот за скршнување работи правилно, механичкото абење и фреквенцијата на прекини се намалуваат. Ова се преведува во пониски трошоци за одржување, помалку застој и зголемена оперативна сигурност - критични фактори за проекти за ветерна енергија насочени кон висока достапност.
5. Поддршка за оптимизација на ветерни фарми
Во големите ветерни фарми, протокот на отпушување од предната турбина може да ги намали перформансите на задната турбина. Со пристапи како што е управувањето со отпушувањето, отстапувањето од насоката може стратешки да се користи за насочување на отпушувањето подалеку од другите турбини, со што се зголемува вкупното производство на фармата. Иако не се спроведува секогаш, овој тренд покажува дека отстапувањето од насоката не е важно само за поединечните турбини, туку и за оптимизирање на енергетските системи во голем обем.
Предизвици и работи на кои треба да се обрне внимание
И покрај нивните огромни придобивки, системите за отстапување од насоката на движење се соочуваат и со неколку предизвици. Компоненти како што се лежиштата и погоните за отстапување од насоката на движење работат под големи оптоварувања и во сурови услови на животната средина (влажност, прашина и температурни флуктуации). Лошото подмачкување, неточните сензори или премногу агресивните контроли можат да предизвикаат оштетување и да го забрзаат абењето. Затоа, следењето на состојбата, редовните инспекции и калибрацијата на сензорите се од витално значење за управувањето со модерните ветерни турбини.
Затворање
Системот за свртување е „вратот“ на ветерната турбина, осигурувајќи дека роторот секогаш е правилно свртен кон ветерот. Преку комбинација од сензори, контролери, мотори, сопирачки и големи лежишта, свртувањето ѝ помага на турбината да генерира максимална енергија, а воедно да одржува управливи структурни оптоварувања. Предностите вклучуваат зголемено производство на енергија, продолжен век на траење на компонентите, зголемена безбедност, намалени трошоци за одржување и можности за оптимизација на ветерните фарми преку напредни стратегии. Во ерата на растечка обновлива енергија, системот за свртување не е само опционална карактеристика, туку клучен фактор во ефикасноста и сигурноста на ветерната турбина.
