Во всем мире страны стремясь стать углеродно-нейтральными, все чаще обращаются в сектор возобновляемых источников энергии, например к ветряными электростанциям, которые становятся все более и более распространенными. Ожидается, что мощность морских ветряных электростанций вырастет с 32 ГВт в конце 2020 г. до более чем 230 ГВт к концу 2030 г. 1. И хотя тенденция к ветряным турбинам, как поставщику чистой и все более доступной энергии с готовностью принимается, отрасль столкнулась с критикой со стороны глубоко укоренившихся на арене ископаемого топлива лоббистов, задающихся вопросом, почему неудачи не предаются гласности.
В отличие от всемирного внимания, которое должны выдерживать угольная и ядерная энергетика, ветровая энергетика не предоставляет стандартизированных данных анализа отказов, которые были бы распространены среди ее сообщества.
Одно можно сказать наверняка: быстрое развитие ветроэнергетики вызывает повышенный спрос на неразрушающий контроль (НК), и Eddyfi Technologies понимает свою роль в предоставлении воспроизводимых, действенных, значимых и профилактических результатов данных. Как и в случае с любым другим промышленным активом, для которого требуется комплексная программа управления рисками для наилучшего продления срока службы, здесь нет универсального решения.
Современный подход, к 2030 году заставляет страны внимательно следить за своими государственными целями по углеродной нейтральности и выбросам в чистый воздух. Например, Европейская комиссия опубликовала Стратегию ЕС по оффшорной возобновляемой энергии, в которой предлагается увеличить мощность оффшорной ветроэнергетики с нынешнего уровня 12 ГВт до минимум 60 ГВт энергии океана к 2030 году (и до 300 ГВт к 2050 году); крупнейшая в мире плавучая ветряная электростанция Kincardine была недавно завершена и предназначена для производства более 200 000 МВтч в год, что достаточно для 50 000 домов в Шотландии в течение 25-летнего срока службы шести ветряных турбин; Нью-Йорк предложил программу Offshore Wind Vision стоимостью 191 миллион долларов.помочь городу достичь своей цели по 100-процентному чистому электричеству к 2040 году и углеродной нейтральности к 2050 году; в Китае установленная мощность ветроэнергетики на конец 2020 г. составляет 281,72 млн кВт при средней мощности выработки электроэнергии 2 МВт на единицу, или 140 860 ветряных турбин.
Переход от нынешних источников топлива к возобновляемым стремителен с точки зрения времени и технологий. Однако, без надлежащей программы мониторинга и обслуживания незапланированные простои могут стоить владельцам активов и операторам ценных доходов в условиях, которые и без того являются экономически сознательными.
Затмевая масштабами такие грандиозные памятники архитектуры, как Монумент Вашингтона и Лондонский глаз, ветряная турбина может достигать 260 метров (853 фута) с лопастями длиной 107 метров (351 фут). Эти гиганты обычно содержат до 8000 различных частей, включая башню, лопасти несущего винта, ступицу несущего винта, подшипники несущего винта, главный вал, основную раму, коробку передач, генератор, систему рыскания, систему шага, силовой преобразователь, трансформатор, тормозную систему, корпус гондолы. , кабели и винты.
Новые установки должны проходить проверку на качество при устаревании активов и на соответствие требованиям по повторному включению. С помощью правильно подобранных инструментов и стандартов качества, можно спрогнозировать варианты будущих отказов на основе полученных исчерпывающих данных неразрушающего контроля, что позволяет операторам проявлять инициативу в своих стратегиях эксплуатации и обслуживания, а не просто предпринимать корректирующие действия. Решения Beyond Current для раннего обнаружения.
Отказ генератора
Суровые условия эксплуатации и циклические нагрузки на ветряные турбины могут привести к усталостному растрескиванию. Данный вид дефекта очень хорошо известен лидерам морских нефтегазовых месторождений. Их решение было разработано в путем общего сотрудничества, результатом которого стало измерение поля переменного тока или ACFM.
ACFM — это метод электромагнитного контроля, в котором используются датчики для возбуждения очень слабого однородного переменного тока, протекающего в испытуемом образце, и обнаруживаются изменения в магнитном поле из-за наличия дефектов. По этим изменениям можно оценить местоположение, длину поверхности и глубину дефекта. Кроме того, ACFM может обнаруживать и характеризовать поверхностные трещины в краске и покрытиях. Учитывая сходство между инспекцией морских буровых установок для которого был разработан ACFM и нескольких элементов ветряной турбины (на техническом и нормативном уровня), морские инспекционные компании, как правило, расширяют свои услуги на морскую ветроэнергетику, используя свои существующие ноу-хау и разработки.
Факторами, приводящими к выходу генератора из строя, могут быть:
- Окружающая среда: ветровая нагрузка, экстремальные погодные условия или термоциклирование.
- Электрические или механические: выход из строя подшипника, чрезмерная вибрация, перебои в напряжении или чрезмерный нагрев и возгорание из-за неисправной системы охлаждения.
- Основано на производстве или конструкции: неправильная установка, обеззараженная смазка или недостаточная электрическая изоляция.
Признавая, что для того, чтобы оставаться конкурентоспособными по сравнению с традиционными видами ископаемого топлива, ветряные турбины должны работать на полную мощность, генератор, ответственный за производство энергии как товара, не может позволить себе выйти из строя.
Вот почему ACFM регулярно используется для тщательной оценки критических сварных швов крепления генератора. Обладая более чем 30-летней историей и репутацией в области точного обнаружения и определения размеров поверхностных трещин, ACFM является неотъемлемой частью любой комплексной программы технического обслуживания и ремонта, отвечающей за обеспечение надежной работы генератора ветряной турбины. И как бы ни был важен генератор, метод ACFM не ограничивается только осмотром. Он также непосредственно применим для оценки конструкционных стыковых сварных швов и угловых сварных швов соединительных фланцев, кожухов морских ветряных турбин, а иногда и в очень труднодоступных местах сварных швов за болтами вокруг фланцев в основании или наверху башни. В тоже существует возможность подводной проверки структурных сварных швов как на стационарных, так и на плавучих морских ветроэнергетических установках.
Быстрый переход от магнитопорошковой дефектоскопии (MPI) к методу ACFM обусловлен рядом преимуществ:
- Отсутствие необходимости в дорогостоещем процессе удаления и замены краски или покрытия (сопутствующие работы примерно в четыре-пять раз дороже, чем сам MPI).
- ACFM также устраняет необходимость в обширной предварительной и последующей очистке или подготовке поверхности.
- На самом деле расходный материал ACFM обычно в шесть раз дешевле, чем их эквиваленты MPI в целом.
- По сравнению с MPI стандартная проверка ACFM с помощью стержневого щупа выполняется примерно на 25 процентов быстрее.
- Высокоскоростные датчики ACFM работают как минимум в пять раз быстрее по сравнению с любыми предыдущими датчиками ACFM.
- Более высокая вероятность обнаружения дефектов (PoD), ACFM часто обнаруживает большие трещины, пропущенные MPI.
- Целостные данные с информацией о глубине, недоступной с помощью MPI, записываются в цифровом виде для постоянной, проверяемой записи.
Если вам интересно узнать, как ACFM поднимает планку инспекции поверхностей, загрузите эту бесплатную электронную книгу .
Отказ редуктора
Подсчитано, что в год происходит 1200 отказов редукторов, последствия которых обходятся очень дорого. Ветряная турбина потенциально может быть отключена на срок до нескольких месяцев в зависимости от наличия запчастей; эти части составляют 13 процентов от общей стоимости турбины. Крупные мегаваттные турбины печально известны преждевременным выходом из строя редуктора из-за осевого растрескивания, которое не характерно для подшипников редукторов в других отраслях промышленности. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что проблемы с осевыми трещинами на внутренних кольцах подшипников увеличились по мере того, как на рынок поступали ветряные турбины более крупного класса с, как сообщается, большим количеством отказов.
Срок службы редуктора может быть сокращен до одного или двух лет при таком повреждении подшипника, поскольку трещина распространяется на поверхность и распространяется в осевом направлении вдоль дорожки качения, что в конечном итоге приводит к преждевременному выходу подшипника из строя. Быстрые скорости деформации, сопровождаемые ударной нагрузкой, поверхностным натяжением, серьезной и быстрой пластической деформацией, усугубляют уязвимость компонента. Поэтому очень важно обнаруживать эти незаметные трещины на ранней стадии.
Вихретоковый контроль (ECA), метод электромагнитных испытаний, обычно используемый для контроля неферромагнитных материалов, идеально подходит для обнаружения объемных дефектов, таких как коррозия, износ, большая пористость и растрескивание в этих материалах. Он также все чаще используется для обнаружения и определения глубины поверхностных усталостных трещин в ферромагнитных материалах. Основное преимущество датчиков ECA заключается в том, что они не требуют использования контактной жидкости или обширной подготовки поверхности; они предлагают субмиллиметровое разрешение для дефектов поверхности и позволяют архивировать полностью закодированное 2D-картирование проверяемого актива.
Ниже приведен пример конфигурации подпружиненного датчика, которая соответствует профилю подшипника, обеспечивая плотный контакт и 100-процентное покрытие. Канатную дорожку можно осмотреть в течение нескольких минут с минимальной зависимостью от оператора по сравнению с обычным визуальным контролем, который зависит как от оператора, так и отнимает много времени. Благодаря ECA трещины можно обнаружить на ранней стадии и приступить к ремонтным работам.
Помимо обнаружения осевых трещин в подшипниках редуктора, метод ECA зарекомендовал себя как ценный инструмент для контроля отверстий под болты. Склонные к усталостным трещинам отверстия под болты, обнаруженные на ветряных турбинах, могут быть эффективно оценены с помощью ECA.
Этот специально созданный периферический преобразователь ECA обеспечивает охват на 360 градусов за один проход. Он подпружинен, чтобы обеспечить плотный контакт с поверхностью. Специальный датчик способен обнаруживать субмиллиметровые трещины до того, как они станут угрозой.
Отказ лопасти ротора
Подверженные чрезмерному напряжению при изгибе, короблению, большой деформации или усталости, структурные разрушения лопастей ветряных турбин случаются чаще, чем вы думаете. Согласно одному отчету, при использовании примерно 700 000 блейд-серверов по всему миру в среднем ежегодно происходит 3800 отказов блейд-серверов.
Визуальное тестирование обычно используется для выявления любых очевидных механизмов отказа. Специалисты по канатному альпинизму, дроны и фотографии с земли могут дать представление о внешнем состоянии лопастей ротора ветряной турбины. Тем не менее, промышленность признала безопасность и экономические преимущества развертывания инспекционного робота для выполнения этой важной работы.
Magg™ — это небольшое, но мощное передвигающееся средство, оснащенное магнитами из редкоземельных металлов, которые удерживают робота надежно прикрепленным к башне ветряной турбины, а гусеницы расположены так, чтобы обеспечить наилучшее сцепление.
Этот миниатюрный магнитный гусеничный робот предлагает уникальное решение для удаленного визуального осмотра с высоким разрешением и включает в себя 100-метровый (330 футов) трос и портативную систему управления с записью видео в реальном времени, неподвижных изображений и данных датчиков. Его прочная конструкция и простота использования делают его идеальным для осмотра широкого спектра стальных конструкций, и он регулярно используется для осмотра лопастей ветряных турбин, как внутри, так и снаружи, чтобы получить полную картину. Статья offshoreWIND.biz подчеркивает использование ATAM Magg для проверки лопастей на объектах ORE Catapult в Нортумберленде. Благодаря роботизированным решениям Eddyfi Technologies, снижающим риск, дополнительные преимущества связаны с эксплуатационными характеристиками и производительностью.
Магг работает при ветре и дожде, а также может работать ночью. Он приблизится к лопастям, установленным на отметке «6 часов», чтобы снимать изображения и видео в формате 1080p. При включенных световых лазерах он обеспечивает эталонные измерения. Инспекционный робот может работать в удобном месте на базе башни или в инспекционном грузовике. Головка камеры высокого разрешения с непрерывным поворотом на 360 градусов на Magg дает операторам полный обзор, когда дело доходит до сбора визуальных данных. Кроме того, камеру можно легко снять с транспортного средства и прикрепить к опоре для развёртывания для специального контроля и осмотров поблизости.
В следующем видеоролике представлены живые кадры осмотра и оценки структурной целостности ветряной электростанции, работающей на альтернативных источниках энергии. Оператор развернул Magg из верхней части гондолы вниз по центральному каналу, самой большой площади лопасти. Со стороны втулки вертикальное расстояние составляет почти 2 метра (6 футов), но сужается до нескольких сантиметров или дюймов на конце. Можно увидеть, как Мэгг поднимается по башне к лопастям, что позволяет камере осмотреть повреждения. По словам начальника участка, он был впечатлен увиденным. Он только что был на той же башне, производя визуальный осмотр, и отметил, что HD-камера обеспечивает лучший обзор и превосходные изображения.
Неразрушающий контроль робототехники для более безопасной оценки целостности ветряных турбин
Ранее мы упоминали, что не существует универсального решения для осмотра ветряных турбин, и ясно, что различные методы предоставляют уникальные данные, необходимые для реального понимания состояния актива. Доступ всегда был препятствием, когда дело доходит до регулярного осмотра и обслуживания ветряных турбин, учитывая их огромные размеры, не говоря уже об их часто удаленном расположении. Однако, Magg, используемый для удаленного визуального контроля ветряных электростанций, открыл доступ к решению многих проблем. Eddyfi Technologies теперь предлагает стандартные роботизированные решения с поддержкой неразрушающего контроля для ACFM, ECA и ультразвуковой контроль
.
Поисковые роботы с поддержкой Magg выводят расширенные испытания ветряных турбин на новый уровень, предлагая более частые оценки, дополняющие цифрового двойника и поддерживающие мощные программы мониторинга состояния активов. Именно этот тип и объем смешанных данных могут способствовать стандартизированным данным анализа отказов и общему успешному будущему рынка возобновляемых источников энергии по мере его становления.
