…drony

Farmy wiatrowe – zdalny monitoring i...

Właściwa konserwacja ma kluczowe znaczenie dla wydłużenia czasu i zmniejszenia kosztów eksploatacji farm wiatrowych. Regularne przeglądy i naprawy zapobiegają też przestojom, co poprawia wydajność produkcji energii elektrycznej. Ze względu na specyfikę tych obiektów nie jest to jednak łatwe zadanie – wymagana jest praca na wysokości, w często niesprzyjających warunkach pogodowych. W przypadku farm morskich środowisko pracy jest jeszcze uciążliwsze, a ponadto najpierw trzeba dotrzeć na miejsce, zwykle w odległej od brzegu lokalizacji. Dlatego, żeby efektywniej planować konserwację, w obiektach tych wdraża się predykcyjne utrzymanie ruchu i zdalny monitoring, a żeby ograniczyć konieczność osobistej ingerencji personelu, rozważa się wykorzystanie pojazdów bezzałogowych, powietrznych i podwodnych.

W predykcyjnym utrzymaniu ruchu wykorzystuje się systemy monitorujące stan obiektu na podstawie czujników w nim zainstalowanych. Pozwala to na wykrycie zmian wskazujących na rozwijającą się usterkę. Mierzy się m.in. wibracje. Wykorzystuje się w tym przypadku to, że większość uszkodzeń maszyn wirujących, jak i niewyważenie czy niewspółosiowość ich elementów powodują nadmierne drgania o charakterystycznym widmie. Analizując jego składowe, przeważnie przez porównanie z danymi historycznymi, można przewidzieć problem, zanim się jeszcze nasili. Wibracje monitoruje się w przypadku komponentów układu napędowego: łożyska głównego, przekładni (łożyska, wału, kół zębatych) oraz łożyska generatora, wieży elektrowni oraz łopatek turbiny. Ostatnie sprawdza się w ten sposób pod kątem pogorszenia się integralności strukturalnej z różnych przyczyn, jak: uderzenie pioruna, oblodzenie, niewyważenie wirnika, ich nieprawidłowe ustawienie czy słaba jakość materiału, z którego je wykonano. Poza tym pękanie i rozwarstwianie materiału łopatek wykrywane jest przez czujniki piezoelektryczne, a odkształcenia przez tensometry. Ponadto monitorowany jest stan oleju smarnego w przekładniach turbin wiatrowych. Pozwala to ocenić jego jakość, skuteczność układu filtrującego i wykryć usterki przekładni. Fundamenty i wieże elektrowni są zaś monitorowane pod kątem: zmęczenia materiału konstrukcji, zniszczeń w strefie rozbryzgu, podmycia fundamentów, ciągłości spoin, korozji.

Jak branża morska chroni się przed korozją i pyłami?

Elementy konstrukcji i wyposażenia statków, platform wiertniczych i elektrowni wiatrowych mają kontakt z wilgotnym, silnie zasolonym powietrzem. Jest na nie narażona część statków, która niejest zanurzona w morzu i ich wnętrze (maszynownia, ładownia, kabiny), a w elektrowniach turbina.

Podwodna część kadłuba statków oraz wieże wiatraków stykają się z kolei ze słoną wodą morską. Przez to poważnym problemem w branży morskiej jest korozja. Chociaż w takich warunkach nie nie można jej całkiem wyeliminować, próbuje się ją ograniczać – kluczowe znaczenie ma dobór odpowiednich materiałów. W tym zastosowaniu wybierane są te klasy morskiej. W tej wersji są dostępne popularne metale, m.in. stal węglowa, stopowa, nierdzewna, galwanizowana, mosiądz, miedź, aluminium i brąz. "Zwykłe" stale węglowe nie sprawdzają się w środowisku morskim z powodu podatności żelaza na rdzewienie, dlatego wymagają dodatków. Takie są obecne m.in. w gatunkach: AH36, DH36 i EH36. Stale stopowe klasy morskiej to natomiast MD, ME, MF i MG. Odporna na korozję jest też m.in. stal nierdzewna. Zawdzięcza tę właściwość zawartości chromu (minimum 10%) tworzącego na powierzchni samonaprawiającą się warstwę tlenku. Chociaż wszystkie gatunki stali nierdzewnej mają pewną odporność na korozję, niektóre są odpowiedniejsze do środowisk morskich niż pozostałe. Przykład to 316, nierdzewiejący dzięki większej zawartości niklu oraz dodatkowi molibdenu. Sprawdza się zwłaszcza w korpusach obudów, ale nie jest polecany jako materiał wykonania nakrętek, śrub ani złączy. Te lepiej wykonać ze stali nierdzewnej 304, ze względu na jej wyższą wytrzymałość i odporność na zużycie dzięki nieco wyższej zawartości chromu, i niższy koszt. Typowe zastosowania stali ocynkowanej to elementy mające kontakt z wodą słodką w niskiej temperaturze (w słonej wodzie o wysokiej temperaturze chlorki szybko korodują cynk, a temperatura przyspiesza korozję). Aluminium klasy morskiej to przede wszystkim stopy 5xxx i 6xxx – jednym z najpopularniejszych jest 5052, z dodatkiem chromu i magnezu. Wytrzymalsze jest aluminium 5083. Metalem klasy morskiej jest też aluminium 6061-T6. Gatunki miedzi C70600 oraz C71500 odporność na korozję zawdzięczają dużej zawartości niklu. Wyróżnia je też odporność na uszkodzenia przez glony i skorupiaki. Najpopularniejsze stopy mosiądzu klasy morskiej, z dodatkiem cynku i cyny, to C46200 i C46400. Stopy brązu odporniejsze na korozję to z kolei C65500 (z krzemem), C95400 (z aluminium) oraz C51000 (z fosforem). Podobnie jak stopi miedzi, stopy brązu są odporne na uszkodzenia przez glony i skorupiaki.

Kolejną ważną kwestią jest kompatybilność metali – powinno się unikać ich zestawień, w których może wystąpić korozja galwaniczna. Przed korozją zabezpiecza także malowanie proszkowe oraz powłoki ceramiczne.

Niekorzystne jest też przenikanie płynów i pyłów do wnętrza obudów – na przykład woda morska i zwykła powodują zwarcia, a kurz blokuje elementy ruchome. Dlatego wymagany jest odpowiedni poziom ochrony, uzyskiwany przez dobranie materiału i typu uszczelnień oraz konstrukcję złączy. Charakteryzuje go stopień IP. Kod IP składa się z dwóch cyfr. Pierwsza, z przedziału od 0 do 6, opisuje poziom zabezpieczenia przed wnikaniem do wnętrza urządzenia ciał stałych, druga, w zakresie od 0 do 9, wody. Przykładowo obudowa o stopniu ochrony IP58 ma zagwarantowaną pyłoodporność i szczelność przy zanurzeniu ciągłym, IP56 pyłoodporność i szczelność przy zalaniu falą wody (zalecaną na przykład w przypadku obudów wyposażenia jednostek pływających), zaś IP67 pyłoszczelność i szczelność przy zanurzeniu czasowym.

…drony

Bezzałogowe statki powietrzne i podwodne są już wykorzystywane w bezzałogowej inspekcji wizualnej, przede wszystkim łopatek turbiny i fundamentów elektrowni wiatrowych. Są one przeważnie zdalnie sterowane, chociaż stopniowo upowszechniają się pojazdy autonomiczne. Rozwija się też koncepcję rojów, w której wiele, na przykład dronów, dane zadanie wykonuje kolektywnie, szybciej oraz na większą skalę. O ile inspekcja wizualna i badania nieniszczące z wykorzystaniem ROV, AUV i dronów są już wykonywane, o tyle w powijakach jest jeszcze ich wykorzystanie w konserwacji i naprawach. Wynika to z ich ograniczeń. Drony, ze względu na mały udźwig, nie mogą przenosić ciężkiego sprzętu, a poza zasięgiem pojazdów podwodnych, które wprawdzie są w stanie naprawiać kable i konstrukcje podmorskie, pozostają turbiny. W związku z tym rozważa się wspólne działanie tych pojazdów, ale jak na razie jest to jedynie koncepcja.