Podczas użytkowania elektrowni wiatrowej części ruchome ulegają ścieraniu oraz różnym awariom. Koszty operacyjne i serwisowe turbiny wiatrowej stanowią istotną część całkowitych kosztów generacji energii elektrycznej w energetyce wiatrowej. Dla nowych urządzeń udział ten w całkowitych kosztach utrzymania wynosi 10 do 15 proc. i zwiększa się wraz ze zużywaniem się turbiny nawet do wartości 35 proc. Dlatego takie ważne jest stosowanie systemów monitorujących pracę elektrowni i jak najszybsze reagowanie na uszkodzenia.

Reklama

Turbiny wiatrowe to kosztowne i złożone urządzenia mechaniczne, które wymagają odpowiedniej kontroli, użytkowania oraz wysokiej jakości obsługi technicznej. Czynniki te wpływają na jej wysoką produktywność oraz zmniejszenie kosztów związanych z awariami czy uszkodzeniami. W typowej konstrukcji turbiny najbardziej narażone na uszkodzenia są takie elementy jak: przekładnia główna z generatorem (koła zębate, łożyska, wały i sprzęgła pośredniczące), turbiny wraz z ich mechanizmem nastawiania kąta oraz wieża turbiny (posadowienie na fundamencie, łączenia wieży). Tym samym to właśnie one wymagają szczególnej troski związanej z utrzymaniem dobrego stanu technicznego. Uszkodzenie bądź nieprawidłowe działanie któregoś z tych elementów wykryte zbyt późno może spowodować uszkodzenie nawet całych urządzeń. Może to prowadzić do wyłączenia elektrowni z eksploatacji i generujące koszty napraw.

Zdecydowanie najczęstsze i najpóźniej zauważalne są uszkodzenia elementów wirujących i łopat, czego przyczynami jest przeważnie długotrwałe poddanie ich obciążeniu, zmęczenie materiału i nieprawidłowości w wykonaniu. Łopaty turbin wiatrowych to elementy, które przenoszą energię wiatru na ruch obrotowy wirnika. Ze względu na duże wymiary oraz ogromne momenty działające na łopatę, a także niekorzystne oddziaływania środowiskowe i mechaniczne, takie jak ptaki czy oblodzenie, również one powinny być pod szczególnym nadzorem. Nawet drobne uszkodzenie w krytycznych miejscach łopaty, którymi są krawędzie natarcia lub przy samej piaście, może być przyczyną gwałtownego wzrostu wielkości uszkodzenia aż do całkowitego zniszczenia łopaty lub całej turbiny. Istnieją udokumentowane przypadki oderwania się łopaty od wirnika, która przemieszczając się w powietrzu na odległości rzędu kilkuset metrów od elektrowni wbijała się w dach czy ścianę budynku.

Wymieniane wcześniej awarie przekładni głównych spowodowane są sposobem pracy w turbinie, narażone są bowiem na zmienne i cykliczne obciążenia. Zazwyczaj mają charakter impulsowy co powoduje powstawanie uszkodzeń zmęczeniowych, a także ujawnianie się wad materiałowych i konstrukcyjnych. Elementy najbardziej narażone na uszkodzenia w przekładni to łożyska i koła zębate. Uszkodzenia wieży natomiast dodatkowo zwiększają ryzyko całkowitego uszkodzenia turbiny z uwagi na zachwianie stabilności konstrukcji. Mimo mniejszego prawdopodobieństwa wystąpienia pojedynczej awarii w wyniku rosnącego postępu technologicznego, łączna liczba awarii rośnie wraz ze wzrostem liczby turbin w elektrowni. Awarie kwalifikowane jako uszkodzenia materiałowe to te powstałe w wyniku uderzenia piorunów w element siłowni, ale także poprzez zaniedbania w konserwacji i niedostateczny nadzór. Na szczęście rozwojowi tego typu uszkodzeń można odpowiednio wcześnie zapobiegać, stosując monitoring oraz wykonując systematyczne przeglądy.

Systemy monitorowania uznane są za podstawową metodę, która skutkuje minimalizacją zjawiska występowania nieprzewidywalnych uszkodzeń. Sprzyja to wczesnemu wykryciu zaistniałej nieprawidłowości. Zaliczamy do nich monitorowanie: drgań i wibracji, stanu łopat w oparciu o propagację fal elastycznych oraz pomiary odkształceń, stanu połączeń śrubowych oraz wieży z wykorzystaniem technik pomiaru częstości drgań własnych oraz monitorowania. Wykryte anomalie w rejestrowanym sygnale są natychmiast analizowane i raportowane najpierw do centrum diagnostycznego, a potem do służb serwisowych, gdzie podejmowana jest decyzja o pilności reakcji na wykrytą usterkę. Dostępne systemy odpowiadają również za analizę i prognozowanie stanu elektrowni, dzięki zastosowaniu zaawansowanych metod pozwalających na obserwację stanu wielu elementów jednocześnie.

Jak się okazuje, aby zabezpieczyć się przed niespodziewanymi wydatkami związanymi z naprawami występujących podczas użytkowania elektrowni wiatrowej uszkodzeń i awarii należy stosować się do terminów przeglądów i konserwacji oraz na bieżąco monitorować zmiany w pracy poszczególnych krytycznych elementów budowy. Koszty ich wymiany są niepomiernie niższe niż wyniosłaby naprawa skutków zaistniałej w wyniku zaniedbania awarii. Planując zatem inwestycję opartą o turbiny wiatrowe należy przewidzieć również wydatki związane z tego typu zabezpieczeniami.