Dowiedz się, jak drony do inspekcji turbin wiatrowych optymalizują pracę farm wiatrowych maksymalizując zyski
Pomimo opóźnień i tymczasowych przestojów w budowie związanych z COVID-19, odnawialne źródła energii są na dobrej drodze, aby zastąpić węgiel i stać się największym źródłem wytwarzania energii elektrycznej na świecie do 2025 roku. Ponieważ oczekuje się, że energia wiatrowa będzie stanowić prawie 30 procent wszystkich przyrostów mocy ze źródeł odnawialnych do 2025 roku, konieczne jest, aby właściciele farm wiatrowych utrzymywali turbiny w stanie najwyższej gotowości do pracy i przedłużyli żywotność swoich trójłopatowych aktywów, aby zmaksymalizować zwrot z inwestycji.
Dlaczego inspekcja turbin wiatrowych jest niezbędna?
Grad, śnieg, błyskawice, deszcz, sól i pył to tylko niektóre z czynników, które elementy turbin wiatrowych muszą znosić na co dzień. Oprócz tych obciążeń środowiskowych, łopatka turbiny może również ulec uszkodzeniu z powodu czynników takich jak ekstremalne naprężenia lub wady produkcyjne prowadzące do powstawania mikrouszkodzeń. Niektóre typowe wady części, które są zwykle wykrywane podczas kontroli turbin wiatrowych obejmują:
- Wieżę: Pęknięcie, uszkodzenie, łuszcząca się farba, korozja
- Łopaty: Pęknięcie, uszkodzenie, łuszczenie się farby, deformacja, ślady po wyładowaniach atmosferycznych, wnikanie wody
- Gondolę: Ślady uderzenia pioruna, pęknięcie, uszkodzenie, korozja, odpryski oleju, łuszczenie się farby
- Piastę: Skrzywienie, luźne połączenie, uszkodzenie
W przypadku braku konserwacji zapobiegawczej, każda awaria turbiny może przysporzyć właścicielowi farmy wiatrowych wielu problemów i ogromnych strat finansowych związanych z naprawami oraz oczekiwaniem na części zamienne co znacznie wydłuża czas przestoju.
Problemy związane z tradycyjnymi metodami kontroli turbin wiatrowych
Zazwyczaj zarządcy aktywów stosują dwie główne metody kontroli komponentów turbin wiatrowych:
- Dostęp linowy lub platforma: Najpowszechniej stosowana metoda zarówno do inspekcji, jak i prac naprawczych
- Inspekcja naziemna: Technika, w której fotograf używa teleobiektywu, aby uchwycić obrazy łopat.
Obie metody mają swoje zalety i wady. Oto szybkie porównanie:
Lina lub platforma
Zalety
Umożliwia dokładniejsze przyjrzenie się uszkodzeniom
Dokładniejsza analiza umożliwia lepszą ocenę stopnia i zakresu uszkodzenia
Możliwość wykonywania drobnych napraw podczas inspekcji
Wady
Zazwyczaj na miejscu potrzebne są więcej niż 3 osoby, co wiąże się z wyższymi kosztami pracy
Metoda ta jest czasochłonna; technicy mogą zazwyczaj skontrolować tylko 1 – 2 turbiny dziennie
Ponieważ technicy pracują na wysokości, zarówno czynnik ryzyka, jak i koszty ubezpieczenia są wysokie
Inspekcja naziemna
Zalety
Bezpieczniejsza niż metoda dostępu linowego, ponieważ fotograf pozostaje na ziemi
Turbina wiatrowa nie musi być zatrzymywana w warunkach słabego wiatru
Do przeprowadzenia inspekcji potrzebna jest tylko jedna osoba
Wady
Jakość danych jest niska w przypadku obszarów zacienionych i szybko poruszających się części ostrzy (np. czubek łopaty)
Biorąc pod uwagę, że do uchwycenia każdej strony ostrza potrzebne są różne ustawienia kamer, metoda ta staje się dość czasochłonna.
Nie ma możliwości dokładnego zmierzenia i zlokalizowania uszkodzeń ze względu na różny kąt wykonania zdjęć
Przełom w inspekcjach turbin wiatrowych wykonywanych dronem
Aby przezwyciężyć kluczowe wyzwania związane z niską wydajnością, wysokimi kosztami i nieodpowiednią jakością danych z inspekcji manualnych, wielu operatorów farm wiatrowych na całym świecie zaczęło używać dronów do inspekcji turbin wiatrowych.
W greckim mieście Tripoli, firma „I.D.S. – Industrial Drone Services”, dostawca usług dronowych założony w 2017 roku w Atenach Grecja, w kooperacji ze swoim klientem Eunice Energy Group (EEG) – jednym z pionierów w dziedzinie energii odnawialnej w Grecji – wykorzystał rozwiązania dronowe DJI do inspekcji farmy wiatrowej o łącznej mocy 34,5 MW.
Z uwagi na to, że podczas okresu zimowego mamy średnio mniej niż 10 godzin światła dziennego, stosowanie tradycyjnych metod inspekcji byłoby niezwykle czasochłonne, a co za tym idzie, kosztowne. Zazwyczaj pełna inspekcja pojedynczej turbiny wiatrowej, z udziałem inspektorów pracujących na wysokości, może trwać od 3 do 6 godzin. Nie wliczając w to długich procedur bezpieczeństwa i czasu na przygotowanie.
Z drugiej strony, dzięki odpornemu na wiatr dronom serii Matrice firmy DJI, pełna inspekcja jednej turbiny zajmuje tylko około 45 minut. Dzięki temu cała farma składająca się z 15 turbin została skontrolowana w ciągu trzech dni. Firma IDS opracowała zarówno ręczne, jak i zautomatyzowane metody inspekcji i jest jednym z najlepszych specjalistów w tej branży.
Przyjrzyjmy się dokładniej, jak to rozwiązanie zadziałało…
Wykorzystanie dronów do inspekcji turbin wiatrowych
Wieża składa się z trzech głównych elementów – fundamentu, kołnierzy (połączenia między częściami energetycznymi) oraz górnego połączenia z gondolą. Dron lata wokół wieży, rejestrując dane ze wszystkich czterech stron.
Główne problemy, które są zwykle wykrywane podczas tej inspekcji, to korozja, grzyb i wyciek oleju. Czasami można również zaobserwować pęknięcia na powierzchni wokół wieży w pobliżu fundamentu.
Wykorzystanie dronów do inspekcji gondoli i piasty turbiny wiatrowej
Gondola ma wiele obszarów, które wymagają dokładnej inspekcji. Inspektor zazwyczaj zwraca uwagę na uszkodzenia śrub, pęknięcia na powierzchni, wycieki oleju, uszkodzenia masztu meteorologicznego i wyposażenia, a także brakujące lub zużyte części i osłony. Gondola powinna być sprawdzona z każdej strony.
Wykorzystanie dronów do inspekcji łopat turbin wiatrowych
Kontrola łopat może być przeprowadzona na trzy sposoby:
- Pozycja ostrza na godzinie 12: W tym rodzaju inspakcji każda łopata jest ręcznie ustawiona w kierunku do góry. Dron leci manualnie lub automatycznie wzdłuż czterech boków, obejmując w całości powierzchnię łopaty i utrzymując kamerę w nachyleniu 0 stopni, skierowaną pionowo do powierzchni.
- Pozycja łopat na godzinie 6: Każda łopatka jest ręcznie ustawiona w kierunku do dołu. Dron leci manualnie lub automatycznie wzdłuż trzech boków, utrzymując kamerę w nachyleniu 0 stopni skierowaną pionowo do powierzchni.
- Pozycja stała: Turbina wiatrowa jest ręcznie zatrzymywana w określonej lub losowej pozycji. Dron w trybie automatycznego lotu z misją przelatuje wokół czterech stron łopaty, rejestrując dane wzdłuż powierzchni.
Porównanie pomiędzy inspekcją turbiny wiatrowej z drona na godzinie 12, 6 i w stałej pozycji
Inspekcja turbiny wiatrowej przy użyciu drona
ZALETY
Pozycja na godzinie 12
Wyraźne tło
Łatwe do uchwycenia obrazy krawędzi natarcia
Łatwy lot bez skomplikowanych manewrów wzdłuż łopaty
Brak przeszkód wokół łopaty
Lot może być wykonywany zarówno manualnie, jak i autonomicznie
Pozycja na godzinie 6
Łatwość dostępu
Dron jest eksploatowany na minimalnej możliwej wysokości
Szybciej, w porównaniu z metodą na godzinie 12
Oszczędność energii
Lepszy kontakt wzrokowy z dronem
Brak skomplikowanych manewrów wzdłuż łopaty
Możliwe są zarówno misje manualne jak i autonomiczne
Stała pozycja
Oszczędność energii
Wyjątkowa oszczędność czasu, ponieważ nie ma potrzeby obracania łopat podczas procesu inspekcji
Idealny dla warunków bezwietrznych
WADY
Czasochłonne, ponieważ każda łopata musi zostać przesunięta i zatrzymana w tej konkretnej pozycji
dron musi osiągnąć maksymalną wysokość turbiny wiatrowej, co nie jest do końca efektywne energetycznie
Utrudniony kontakt wzrokowy z dronem z powodu dużej wysokości
Czasochłonne, ponieważ każda łopatka musi zostać przesunięta i zatrzymana w tej konkretnej pozycji
Ze względu na to, że wieża znajduje się bezpośrednio za krawędzią natarcia, działa jak przeszkoda i krawędź natarcia może być sprawdzana tylko częściowo pod kątem ukośnym
Wymaga specjalnego zautomatyzowanego planu lotu, ponieważ manualna kontrola może okazać się dość trudna
Nachylenie gimbala musi być ustawione bezpośrednio pionowo do łopaty.
Konieczne jest sprawdzenie kilku stron łopat przy użyciu gimbala skierowanego w górę
Misja musi być zaplanowana bardzo dokładnie, aby uniknąć kolizji.
Matrice 300 RTK – wiodące rozwiązanie DJI do inspekcji turbin wiatrowych
Dysponując 55-minutowym czasem lotu i odpornością na wiatr na poziomie 15 m/s, DJI Matrice 300 RTK z hybrydową kamerą H20T może kontrolować wszystkie trzy łopaty turbiny bez konieczności wymiany baterii przez operatora. Platforma wyposażona jest w 360-stopniowy system unikania przeszkód i stopień ochrony IP45, co oznacza, że może być używana do kontroli punktowych również podczas złej pogody. Dysponując 55-minutowym czasem lotu i odpornością na wiatr na poziomie 15 m/s, DJI Matrice 300 RTK z hybrydową kamerą termowizyjną Zenmuse H20T może kontrolować wszystkie trzy łopaty turbiny bez konieczności wymiany baterii przez operatora. Platforma wyposażona jest w 360-stopniowy system unikania przeszkód i stopień ochrony IP45, co oznacza, że może być używana do kontroli punktowych również podczas złej pogody.
Optymalizacja pracy farm wiatrowych za pomocą dronów
Można śmiało powiedzieć, że szczegółowy widok z bliska potencjalnych wad i dane jakościowe, które mogą być wykorzystane do tworzenia szczegółowych raportów z inspekcji, aż do poziomu milimetra, mogą pomóc jednostkom zarządzającym farmami wiatrowymi w zmniejszeniu strat wydajności i kosztów napraw. Odporne na wiatr drony firmy DJI mogą się wzbić w powietrze w ciągu kilku minut, aby zebrać zarówno dane wizualne jak i termowizyjne w niezwykle krótkim czasie, podczas gdy technicy pozostają bezpiecznie na ziemi. Dzięki powtarzalnym i konsekwentnym prewencyjnym kontrolom wykonywanych dronem, produkcja energii może być zmaksymalizowana, a zielona energia może być dostarczana ludzkości w bardziej niezawodny sposób.
