Açık deniz rüzgar türbinleri, büyük miktarlarda temiz, yenilenebilir rüzgar enerjisi sağlayabilir. Rüzgar kaynaklarını yakalamak ve daha fazla enerji üretmek için rüzgar türbinleri büyüyor ve sonuç olarak daha pahalı hale geliyor. Rüzgar türbinleri tuzlu su, yüksek nem, kuvvetli rüzgarlar gibi zorlu ortamlarda çalışır, uzaktır ve erişilmesi zordur. Bunun için, performanslarını sürekli olarak izlemek ve beklenen yatırım getirilerini elde etmek için kestirimci bakım uygulamak çok önemlidir.
Malzemeler ve yöntemler
Rüzgar türbini kuleleri ağırlıklı olarak çelik, betonarme veya kafes yapıdan oluşmaktadır. Açık deniz rüzgar türbini kuleleri, yapıyı etkileyen yüksek dış yüklere maruz kalmaktadır.
Bu, yapısal bozulma olarak bilinen durum ile sonuçlanır. Bu, malzemede veya geometrik özelliklerde değişiklikler anlamına gelir. Bozulma; kötü tasarım, inşaat hataları, kazalar, zorlu ortamlar, yaşlanma süreçleri veya bunların herhangi bir kombinasyonunun bir sonucu olabilir.
Rüzgar türbini kulelerinin arızalanması nadiren meydana gelir. Bunu yaptığında, normalde yüksek maliyetlerle veya en kötü durumda, kule çökerse rüzgar türbininin tamamen kaybına neden olur. Sonuç olarak, birçok açık deniz rüzgar türbini çiftliği, kulelerde sürekli yapısal sağlık izleme çözümleri uygulamaktadır. Hatta bazı ülkelerde zorunlu hale geliyor.
Modal Analiz ve Operasyonel Modal Analiz (OMA)
Bu tür yapısal sağlık izlemesini gerçekleştirmek için çeşitli algılama teknikleri ve yöntemleri kullanılır. Bununla birlikte, en yaygın olarak kullanılanı, Operasyonel Modal Analiz (OMA) olarak da bilinen titreşim tabanlı tekniktir.
Modal analiz, yapıların doğal dinamik davranışını anlamak ve optimize etmek için hayati öneme sahiptir. Yapılarda, neredeyse tüm titreşim sorunları, rezonans, operasyonel kuvvetler tarafından uyarılan doğal frekanslar, davranışıyla ilişkili yapısal zayıflıklarla ilgilidir.
Birçok inşaat mühendisi ve mekanik yapı için, fiziksel boyutları, şekilleri veya konumları nedeniyle bir çekiç veya sarsıcı kullanarak uyarma uygulamak zordur. İnşaat mühendisliği yapıları, dalgalar, rüzgar veya trafik gibi ortam kuvvetleri tarafından yüklenir. Bu doğal girdi kuvvetleri kolayca kontrol edilemez veya doğru bir şekilde ölçülemez. Yine de bazı durumlarda, yapının modal özelliklerini belirlemek için gerçek çalışma ve sınır koşulları altında yapının bu doğal uyarımını kullanmak tercih edilir.
Operasyonel Modal Analiz (OMA), doğru mod tanımlaması için yalnızca gerçek çalışma koşulları altında test yapılarının tepkilerinin ölçülmesine dayanır. Bu genellikle yapay bir uyarımı kontrol etmenin zor veya imkansız olduğu durumlarda geçerlidir.
Bir yapının tam dinamik davranışı, bir dizi bireysel titreşim modu olarak görülebilir. Her birinin karakteristik bir doğal frekansı, sönümü ve mod şekli vardır.
Frekans alanındaki dinamik özellikler, yapıyı modellemek için kullanılabilir. Bu tanımlama, bir yapının modal özelliklerini belirler. Bu, ilgili sönümleme ve modal formlarla yapının belirli frekansları anlamına gelir.
Yapının titreşim modları, yapı belirli bir frekansta gerildiğinde yapıyı oluşturan elemanların bağıl hareketi hakkında bilgi sağlar. Yapı birden fazla frekansı uyaran bir harekete maruz kalırsa, yapının titreşme şekli, uyaran titreşim modlarının birleşiminin bir sonucu olacaktır.
Modal parametrelerin bilinmesi, yapının dış uyarımının bir fonksiyonu olarak tepkisinin tahmin edilmesini sağlar ve belirli rezonanslardaki problemler analiz edilebilir ve ardından çözülebilir.
- Hesaplama modellerinin doğrulanması
- Hesaplama modellerinin kalibrasyonu veya
- Teşhis amaçlı
Bu nedenle, uzun vadeli yapısal durum izleme sisteminde bir temel sağlar.
Yapısal Sağlık İzleme
Dinamik parametrelerin belirlenmesi, kesin bir T0 anına referansla yapısal koşulların kalıcılığını doğrulamayı mümkün kılar. Genel olarak, yeni rüzgar türbini kuleleri için bu süre T0, kurulum veya devreye alma sırasında alınabilir.
Yeni yapısal sağlık izleme çözümleri kullanılarak, veriler sistem tarafından sürekli olarak kaydedilir ve farklı dönemlere ait veriler karşılaştırılabilir. Bu, şiddetli bir fırtınanın yapının dinamik özellikleri üzerindeki etkilerini değerlendirmeyi mümkün kılar. Ayrıca onarım çalışmaları sonrasında rehabilitasyon müdahalelerinin değerlendirilmesine olanak sağlar.
Görüntüleme Ekipmanı
Rüzgar türbini kuleleri çok büyüyor ve günümüzde yüksekliği 250 m’yi aşıyor. Kule durumuna iyi bir genel bakış için titreşim izleme uygulanabilir. OMA yöntemi kullanılarak farklı noktalarda titreşim seviyelerinin ölçülmesi gerekir. Her üç yönde (dikey, boyuna ve yanal) düşük frekanslar ilgi çekici olduğundan, MEMS ivmeölçerler kule yapısal sağlık rüzgar türbini izlemesi için çok uygundur.
Dewesoft IOLITEi 3xMEMS-ACC, dijital çıkışlı (EtherCAT veri yolu) üç eksenli bir ivmeölçerdir – bkz. şekil 1. 25 µg/√Hz spektral gürültü yoğunluğu ve 50 Hz bant genişliğinde 100 µg artık gürültü, DC’den düz yanıt (0Hz) ila 400 Hz ve 96dB dinamik aralık sağlar. İvme, hız ve yer değiştirmeyi izlemek için birçok YSİ uygulamasında ve bir üçüncü parti Operasyonel Modal Analiz yazılımına girdi olarak kullanılır. İki eksenli statik eğim ölçer olarak da kullanılabilir.
IOLITEi 3xMEMS-ACC kurulumunun kolaylığı, EtherCAT arayüzünden yararlanan zincirleme bağlantıyla sağlanır. 100 m’ye kadar cihazdan cihaza mesafelerde bile birkaç cihazla iletişime izin verir. Hepsi, verileri, gücü aktaran ve cihazları 1 us’a kadar senkronize eden tek bir CAT6 kablosuyla (bkz. şekil 2) bağlanabilir.
Cihazlar tarafından elde edilen ham veriler, daha fazla işleme ve analiz için DewesoftX veri toplama yazılımının çalıştığı endüstriyel bir PC’ye gönderilir. Yazılım, çok çeşitli yapılandırılabilir tetiklemeli kayıt ve matematik yetenekleri sağlar. Veriler, TCP/IP ağı üzerinden toplu iş dosyalarında gönderilebilir veya OPC/UA protokolü aracılığıyla bir kontrol sistemi odasına veya bir bulut sunucusuna aktarılabilir.
Verilere müşterinin bilgisayarında erişilebilir, görüntülenebilir ve analiz edilebilir. Historian adlı zaman serisi veri tabanında saklanabilir. Ek olarak, OPC/UA veya REST API gibi standart ara yüzler kullanılarak SCADA sistemlerine veya bulut yazılımlarına sunulabilir.
Sonuçlar
Açık denizdeki rüzgar koşulları, güçlü ve istikrarlı rüzgar, ve dolayısıyla daha büyük rüzgar enerjisi üretim verimleri, açık deniz RT çiftliklerinin büyümesini sağlayan önemli bir faktördür. İyi bir yatırım getirisi elde etmek için, açık deniz rüzgar türbinlerinin bakım maliyetlerini mümkün olan en düşük seviyede tutarken en az arıza süresi ile çalışması gerekir.
Kule, açık deniz rüzgar türbinlerinin temel yapısal elemanıdır. Arıza süresini ve en kötü durumda türbin kaybını önlemek için onu sağlıklı durumda tutmak çok önemlidir. Türbin kulelerinin sağlığını izlemek için kalıcı yapısal sağlık izleme çözümleri kullanılır.
En yaygın olarak benimsenen YSİ tekniği, Operasyonel Modal Analiz (OMA) olarak da bilinen titreşim tabanlıdır (MEMS ivmeölçerlerini kullanır). Bu, operatörlerin kulenin durumunu anlamasına, olası arızaları tahmin etmesine ve uygun maliyetli bakım eylemlerini önceden planlamasına yardımcı olabilir.