Otwarte rozwiązania automatyki dla energetyki wiatrowej

Fot. 1. Stanowisko testowe M5000 w niemieckiej firmie Multibrid wykorzystywane do testów funkcjonalnych oraz optymalizacji pracy elementów turbin wiatrowych

Głównymi obszarami wzrostów dla energetyki wiatrowej były przez długi czas kraje Europy Zachodniej, w szczególności Niemcy, gdzie wytwarzane jest globalnie około 40% tego typu energii. W ostatnich latach omawianymi technologiami zainteresowały się też inne państwa, w tym rynki wschodzące, a także USA.

W każdym przypadku wymogi co do wykorzystywanych rozwiązań są różne, jeżeli chodzi o parametry generowanej energii elektrycznej, a także o możliwość pracy w odmiennym klimacie. O ile jeszcze kilka lat temu budowa elektrowni wiatrowych w warunkach polarnych czy pustynnych była wyjątkiem i wiązała się zazwyczaj z działalnością naukową, obecnie wymogi stawiane w tego typu aplikacjach przeniosły się na całą branżę, a dla dostawców turbin wiatrowych stanowią pewnego rodzaju standard.

Ich producenci stają nie tylko przed koniecznością oferowania urządzeń spełniających powyższe warunki, a też muszą dopasowywać się elastycznie do zmieniających się wymogów rynku. W spełnieniu tych i innych wymagań pomóc mogą rozwiązania firmy Beckhoff. Jej systemy sterowania wykorzystywane są obecnie w różnorodnych turbinach o mocach do 5MW, które pracują w tak różnorodnych klimatycznie regionach jak biegun północny czy tereny Mongolii.

ELASTYCZNOŚĆ Z WYKORZYSTANIEM KONTROLI PC-BASED

Fot. 2. Cztery przykładowe turbiny wiatrowe, w których wykorzystano systemy sterowania firmy Beckhoff: (a) prototyp turbiny DeWind D8.2 w niemieckim Cuxhaven, styczeń 2007; (b) turbina DeWind D8.2 (wersja 60Hz) w Teksasie, marzec 2008; (c) turbina wiatrowa Mingyang Group (Chiny) o mocy 1,5MW; (d) turbina DeWind D8.2 w argentyńskich Andach (zainstalowana na wysokości 4300 metrów n.p.m.)

Beckhoff oferuje otwarty system automatyki oparty na technologii PC-based. Otwarcie dotyczy zarówno oprogramowania, jak też urządzeń i pozwala producentom turbin wiatrowych na wykorzystanie w tworzonym systemie własnych rozwiązań, a także łatwą i tanią rozbudowę w przypadku konieczności zmiany koncepcji systemu.

Tym, co stanowi jeden z kluczowych elementów w działaniu systemu zarządzania pracą turbin wiatrowych, jest akwizycja i zarządzanie danymi z czujników pomiarowych. Dotyczy to nadzoru i kontroli w kierunku pionowym (przesyłanie danych z gondoli do pomieszczenia sterującego) oraz w poziomie (w obrębie systemów w gondoli oraz pomiędzy poszczególnymi elementami farmy wiatrowej).

W przypadku wykorzystania komputerów przemysłowych, gromadzenie oraz archiwizacja tego typu danych nie stanowią problemów. Jednocześnie ich wymiana poprzez Ethernet lub inną sieć pozwala na łatwe przesyłanie pomiędzy omawianym układem a systemem nadzorującym, bazą danych lub ERP. W zakresie oprogramowania wykorzystywany jest tutaj TwinCAT, który pozwala na wykonanie układów automatyki bazujących na sterownikach programowalnych oraz komputerach przemysłowych.

Zapewnia on zgodność z normą IEC 61131-3, a wykorzystanie wraz z nim standardów bazujących na systemie Microsoft Windows otwiera drogę do dowolnego rozszerzenia funkcjonalności oprogramowania, a także skorzystania z rozwiązań soft ware’owych opracowanych dla innych dziedzin przemysłu.

ETHERCAT – WYDAJNA SIEĆ KOMUNIKACYJNA DO ELEKTROWNI WIATROWYCH

Firma Beckhoff dostarcza również kompletny pakiet rozwiązań sieciowych do wszystkich popularnych systemów I/O oraz sieci Fieldbus. Również w przypadku najważniejszych sieci oraz rodzajów sygnałów transmitowanych w systemach w elektrowniach wiatrowych dostępne są moduły sieciowe oraz typu EtherCAT.

Ostatnia z sieci bazuje na szybkim Ethernecie i może pracować w czasie rzeczywistym, co pozwala na jej zastosowanie w procesach krytycznych czasowo. Wykorzystuje się tutaj technologię XFC (eXtreme Fast Control Technology), która zapewnia możliwości komunikacji z czasami poniżej 100ns oraz odczyt danych z czujników w okresach krótszych niż 10μs! Sieć wykorzystywana może być w systemie komunikacyjnym w gondoli, pomieszczeniu kontrolnym w podstawie turbiny wiatrowej, a także pomiędzy autonomicznymi elementami farmy wiatrowej.

ZINTEGROWANE BEZPIECZEŃSTWO Z TWINSAFE

Uzupełnieniem funkcjonalności omawianej sieci komunikacyjnej jest możliwość wykorzystania wbudowanego w nią rozwiązania TwinSAFE. W ostatnich latach przykłada się coraz większą wagę do bezpieczeństwa pracy personelu i urządzeń, co również wpisuje się w wykorzystanie systemów bezpieczeństwa w elektrowniach wiatrowych.

TwinSAFE pozwala na pracę urządzeń w sieci z zachowaniem wymogów bezpieczeństwa, a jednocześnie cechuje się bezproblemową integracją z istniejącymi systemami automatyki. Cecha ta jest szczególnie korzystna w przypadku turbin wiatrowych, gdyż pozwala zmniejszyć ilość okablowania i wysokie koszty jego wykonania w przypadku montażu w samej gondoli i pomiędzy nią a resztą obiektu.

Więcej informacji na stronie
www.beckhoff.pl/wind