DNV

Impulsar el rendimiento de las turbinas eólicas a través del monitoreo estructural

Boosting wind turbine performance through structural monitoring

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Carlos Albero

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La capacidad mundial del parque eólico ha superado los 600 GW. Eso es más que el consumo de electricidad promedio de toda América del Norte. Sin embargo, no todas las turbinas funcionan tan bien como podrían. Estimamos que la producción podría incrementarse en un 3% con la rápida resolución de problemas de rendimiento, fallas de componentes y operación incorrecta. Eso es casi 2 mil millones de dólares en energía verde cada año.

Para rastrear los problemas de rendimiento y el funcionamiento incorrecto de una turbina eólica se requiere monitoreo y una solución es usar un gemelo digital. Pero, ¿cómo se puede usar un gemelo digital para monitorear las operaciones y qué importancia juega el monitoreo estructural de las turbinas eólicas para mejorar el rendimiento de las turbinas eólicas y aumentar su vida útil? Los gemelos digitales son esencialmente compañeros computarizados de sus contrapartes físicas. En el caso de las turbinas eólicas, un programa digital refleja lo que hace su gemelo físico mientras opera y genera energía. Captura todos los datos de las turbinas operativas, los analiza y proporciona información en tiempo real basada en datos sobre problemas subyacentes que pueden no haber sido identificados previamente. El tipo de problemas detectados puede incluir el rendimiento, el estado de la turbina y la identificación de la vida útil restante de un activo. Como dicen, el diablo está en los detalles.

Entonces, ¿cómo ayuda un gemelo digital a monitorear el estado estructural de una turbina eólica? Por supuesto, la estructura consta de todo tipo de componentes, así que tomemos las aspas como ejemplo. A medida que las palas giran, hacen que la góndola oscile en simpatía con ellas. Esta oscilación atraviesa el tren de transmisión y se puede ver en algunas señales SCADA, como la velocidad del rotor y la potencia de salida. Por lo general, se pierde en la versión estándar de diez minutos de estos datos. Pero con el análisis correcto, se puede monitorear desde alta frecuencia, datos SCADA de un segundo. Un análisis espectral puede identificar la frecuencia de paso de las palas y medir su amplitud.

Un gemelo digital puede predecir cuál debería ser la amplitud en una turbina en buen estado. Si es mucho mayor en la turbina que se está monitoreando, entonces es una señal de que algo anda mal. Más comúnmente, muestra que las cuchillas se han desequilibrado, lo que hace que aumente la oscilación. La causa principal puede ser una desalineación del paso, daño de la hoja u otra cosa; por lo general, se requiere una inspección física para averiguar qué está mal.

Un desequilibrio de las palas como este suele tener solo un pequeño efecto en la producción de energía de una turbina, por eso es difícil de detectar. Pero su valor no debe subestimarse. Una caída típica del 2% en la producción de energía de una turbina de 2 MW tiene un valor de $ 5,000 al año. Si esta falla no se detecta durante muchos años, realmente afectará los márgenes de beneficio a largo plazo de un parque eólico.

Por ejemplo, cuando se implementó WindGEMINI, el gemelo digital en línea de DNV GL para acceder las 24 horas del día, los 7 días de la semana al estado avanzado de las turbinas eólicas y al análisis de rendimiento, en el parque eólico de un cliente, se descubrió que tres turbinas sufrían desequilibrios de palas. La pequeña pérdida de rendimiento en una fracción de las turbinas redujo la producción total de energía de toda la granja en solo un 0.1%, pero aún valía entre $ 10,000-20,000 al año. ¡Esa es una pérdida significativa de ingresos!

Descubra cómo DNV GL puede ayudar a los propietarios y operadores de parques eólicos a obtener conocimientos basados en datos para reducir costos, prolongar la vida útil y maximizar la producción.

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