اقتصاد دانش بنیان

آزمایشهای اطمینان پذیری روی توربینهای بادی

قابليت اطمينان پذيري امروزه مهمترين ويژگي توربينهاست، مخصوصا در مناطق ساحلي. اندازهگيريهاي مهم زيادي در زمينه عملکرد توربينهاي بادي وجود دارد، اما اگر يک توربين خراب شود و از کار بيفتد، معادلات زيادي به هم ميريزند. از طرفي اينکه چگونه قابليت اطمينان به توربين را ميتوان بررسي کرد، خودش سوالي مهم خواهد بود و در پاسخ به آن ميتوان گفت: «آزمودن، آزمودن بيشتر و سپس دوباره آزمودن راهحل آن است!»

علاوه بر تعيين قابليت اطمينان پذيري، آزمايش کردن توربين بادي، اعتبار طراحي هاي جديد را ثابت ميکند و نشان ميدهد که چگونه يک توربين در واقعيت عمل ميکند. تست عملکرد اجزا و قابليت اطمينانپذيري هم حياتي است. دقت در پيش بيني طول عمر عوامل مهم مانند بلبرينگ يا ژنراتورهاي اصلي سبب ميشود تا مسئولان بتوانند براي تعمير و جايگزيني در طول عمر توربين، برنامه ريزي کنند.

توليدکنندگان مدتهاست امکانات آزمايشگاهي خود را دارند، اما نوآوريهاي مهمي در فعاليتهاي تجاري هم وجود دارد. مرزهاي بين علم و تجارت کمکم از بين ميروند. مراکزي مانند موسسه فرانهوفر غالبا در پروژههاي تحقيقاتي بلندمدت با سرمايهگ ذاران خود سر و کار دارد، در حالي که سايت آزمايشي سانديا در لابوک واقع در تگزاس، هم همکاران علمي و هم همکاران تجاري خود را به کار ميگيرد.

مراکز مستقل ميتوانند تجهيزات بسيار وسيع يا بسيار تخصصي ارائه دهند. از طرفي آنها بيطرف هستند که براي توسعه دهندگان پروژه بسيار مهم است. قابليت اطمينان پذيري تجهيزات، پيششرط سرمايه گذاريهاي چند ساله و چندصد ميليون دلاري است. جيم توتن، مدير پروژه آزمايش تاسيسات توربين بادي در موسسهاي واقع در کاروليناي شمالي، ميگويد: «توسعه عظيمي در انرژي باد و شناخت اينکه نسل بعدي توربينها در ساحل قرار ميگيرند، وجود دارد که شما بايد اول آنها را ثابت کنيد. سرمايهگذاران اين پروژهها همچنين ميخواهند تضمين و اطمينان داشته باشند. آزمودن به شما امکان ميدهد تا در واحد توليدي با توجه به ظرفيت واحد، در شرايط کنترل شده و بدون وجود باد، توليد انرژي کنيد.»

براي تکميل کار آزمايشگاهي، شرکت CENER اسپانيا ، ميزبان بسياري از آزمايشها، خدمات طراحي و تجزيه و تحليل است و همچنين يک مزرعه آزمايشي بادي را ارائه ميدهد که بادهايي با سرعت بالا را مهار ميکند. اين بادها ميتوانند توربينها را حداکثر براي توليد 6 مگاوات انرژي بگردانند. اين خدمات همچنين شامل سه تست اصلي آزمايش تيغه و هيدروليک، آزمايش تجهيزات نظارتي و ماموريتهاي هواشناسي است.

تيغهها، سازههاي کامپوزيتي ظريفي هستند که بيش از 25 سال با نيروي چرخهاي شديد باد مواجه خواهند بود. شکست آنها ميتواند پيامدهاي شديدي براي امنيت و افکار عمومي داشته باشد. اگر بخواهيد بدون تست توربينها را نصب کنيد، هزينه هاي قابل توجهي به وجود ميآيد. بنابراين تاييد طراحي تيغه، روند توليد و قابليت اطمينان پذيري در طول زمان براي موفقيت سازندگان، توسعه دهندگان و صنعت بسيار ضروري است.

استانداردهايي مانند IEC-61400-23 يا اعتباربخشي ISO-17025 در انگلستان، آزمايش کامل ساختاري تيغه هاي گرداننده موتور را کنترل ميکنند. براي اندازه گيري تنش، کشش خاص و براي نشاندادن خواص تيغه مانند تغيير شکل استاتيک، قدرت نهايي، عملکرد خستگي يا تغيير شکل در فرکانس رزونانس (Eigen)، از روشهاي مختلفي استفاده ميکنند.

يک آزمايش کامل استقامتي (خستگي) براي بارهاي چرخهاي، عملکرد مربوط به 20 سال يا بيشتر را ارزيابي ميکند و ممکن است سه تا چهار ماه طول بکشد، در حالي که آزمون استاتيک (مقاومت نهايي و رزونانس) يک تا دو هفته طول ميکشد. استفاده از نيروهاي بزرگ و اندازه گيري نتايج، نياز به سرمايه گذاري بر روي دستگاههاي گرانقيمت مانند دستگاههاي ارتعاشي و ترانسفورماتور متغير خطي(LVDT)  داردکه مراکز بايد به طور مداوم ارتقا دهند. به نقل از خود موسسه فرانهوفر، آنها  سيصد، چهارصد هزار يورو براي يک تست جامع چهار تا شش ماهه ميپردازند. اما دکتر آرنو وان وينگرد، رئيس بخشي از فرانهوفر، اشاره کرده است که در مقايسه با هزينه تعمير يک توربين بادي شکسته، اين مبلغ اصلا به چشم نميآيد.

تستهاي جامعتر در زمينه آزمون اطمينان پذيري، بخش توسعه يافته ديگري در آزمايشگاههاي مستقل است.HALT  تستهاي شبيه سازي شده اي هستند که براي تاييد طراحي و يکپارچگي سريع اجزا به کار ميروند. اين تستها در حال پذيرفتن تغييراتي هستند که به جاي تکتک اجزاي سازنده، آزمون کلي انجام دهند. آزمون گيرنده ها همچنين ميتوانند انواع ديگر ژنراتور يا گيربکس را به کار بگيرند، مانند آنهايي که در توربينهاي جزر و مد يا موج استفاده ميشوند.

دکتر جان ونسک از موسسه فرانهوفر ميگويد: «بخش پژوهشي انرژي باد هنوز هم تلاش ميکند تا درک کاملي از آزمايشهاي يکپارچه سازي بيابد. سيستمهاي گيربکس، ژنراتور، مبدل و سيستم يافتن خرابي در حال حاضر بيشترين بخشهايي هستند که دچار خرابي ميشوند. افزايش قابليت اطمينان پذيري سيستم منجر به بازده انرژي بالاتر، هزينههاي جانبي پايينتر و در نتيجه افزايش سودآوري در سواحل دريا ميشود.»

موسسه بازسازي دانشگاه کلمسون در کاروليناي جنوبي، براي ساختن يکي از بزرگترين تسهيلات تحقيقاتي در جهان، تقريبا صد ميليون دلار هزينه ميکند. يک واحد که قادر به آزمايش 5/7 مگاوات خواهد بود، اوايل سال آينده آماده خواهد شد، در حالي که واحد دوم، حتي بزرگتر خواهد بود و قادر به آزمايش توربينهايي است که ميتوانند تا 15 مگاوات نيرو توليد کنند. مدير پروژه، جيم توتن، ميگويد: «اين مرکز، تجهيزات جديد و پيشرفته را براي شبيه سازي نيروهاي تيغه اجرا خواهد کرد. مرکز همچنين خدمات آزمودن سيستمهاي الکتريکي را نيز ارائه ميدهد، به طوري که ميتوان مسائل مکانيکي و الکتريکي را نيز مورد توجه قرار داد.»

منبع: مجله دانش بنیان