Turbiny wiatrowe w kontroli klimatu

Turbiny wiatrowe są technicznie bardzo złożonymi systemami, w których energia kinetyczna wiatru jest przechwytywana jako energia obrotowa i przekazywana do generatora, gdzie jest przekształcana w energię elektryczną. Wymaga to zastosowania dużej liczby komponentów elektronicznych, które są rozmieszczane w całej strukturze turbiny wiatrowej. W związku z tym prawidłowe zarządzanie temperaturą jest również ważną kwestią. Urządzenia elektroniczne zawsze wymagają stabilnych warunków temperaturowych, nie mogą się przegrzewać, ale także nie mogą pracować poniżej dopuszczalnej temperatury. Kondensacja może również spowodować poważne uszkodzenie elektroniki. Ponadto, w szczególności instalacje morskie są narażone na trudne warunki środowiskowe, które należy uwzględnić.

Doskonałe zarządzanie temperaturą dla turbin wiatrowych

Inteligentny czujnik CSS 014 firmy STEGO został zaprojektowany do niezawodnego rejestrowania temperatury i wilgotności oraz przesyłania danych za pośrednictwem odpowiednich interfejsów, dzięki czemu operatorzy zawsze mają wiarygodny przegląd warunków termicznych i zmian w turbinach wiatrowych. Dzięki czujnikom uzyskujemy dokładniejszy obraz danych, ponieważ nieprzerwanie przekazują precyzyjne informacje o warunkach klimatycznych w systemie. Na tej podstawie można sterować komponentami klimatyzacji z dużą dokładnością, aby precyzyjnie regulować temperaturę i wilgotność, zapewniając idealne warunki pracy.

Dzięki zoptymalizowanemu sterowaniu komponenty są poddawane mniejszym obciążeniom i są chronione przed uszkodzeniami spowodowanymi kondensacją lub przegrzaniem . W rezultacie wydłuża się żywotność turbin wiatrowych i zmniejsza liczba awarii. Mniejsza liczba awarii oznacza z kolei niższe koszty konserwacji i wyższą dostępność systemu, co ostatecznie pozwala obniżyć koszty i zapewnić zyski.

Inteligentny czujnik CSS 014 firmy STEGO został opracowany właśnie w tym celu, w odpowiedzi na wymagania producentów turbin wiatrowych, a dzięki swojej wydajności oraz technologii cyfrowej, ugruntował swoją pozycję w wielu innych branżach, w tym w infrastrukturze ładowania dla elektromobilności (patrz ramka).

Energia wiatrowa na fali wznoszącej

W Niemczech znajduje się obecnie 1566 morskich turbin wiatrowych, podzielonych na 29 farm wiatrowych zlokalizowanych u wybrzeży Morza Północnego i Bałtyckiego. Generują one obecnie 8 465 MW mocy znamionowej rocznie (od 2023 r.) ^*1, czyli o ponad 7 000 MW więcej niż dziesięć lat temu. (W Wielkiej Brytanii liczba ta wynosi już 14,7 GW, a w Chinach 37,3 GW).

Celem niemieckiego rządu jest zainstalowanie co najmniej 70 gigawatów morskiej energii wiatrowej na niemieckich wodach do 2045 roku. Te cele ekspansji zostały nawet przyjęte w formie poprawki do ustawy o morskiej energetyce wiatrowej (WindSeeG).

Podczas gdy morska energia wiatrowa nadal zajmuje czwarte miejsce pod względem produkcji energii elektrycznej brutto z odnawialnych źródeł energii w Niemczech z 23,8 TWh, lądowa energia wiatrowa jest liderem z 120,9 TWh i wzrosła o ponad 30 procent w porównaniu do 2021 roku. ^*2

Jednak według EnBW, aby osiągnąć cele klimatyczne do 2030 r., w tym segmencie należałoby również zbudować dodatkowe turbiny wiatrowe o mocy 10 000 MW. Produkcja energii wiatrowej jest zatem jednym z najważniejszych filarów, jeśli chodzi o dostarczanie zielonej energii elektrycznej. Systematyczne zwiększanie produkcji postępuje w coraz większym tempie.

Bezpieczeństwo w razie awarii dzięki niezawodnej zdalnej diagnostyce

Aby zapewnić bezpieczne i niezawodne wytwarzanie energii, ważne jest monitorowanie wrażliwej elektroniki w turbinach wiatrowych i przeprowadzanie regularnej konserwacji - co jest kosztowne, zwłaszcza w przypadku turbin morskich. Wynika to z faktu, że są one często trudno dostępne, a trudne warunki pogodowe na pełnym morzu sprawiają, że praca tam jest wyzwaniem.

MOnitoring stanu jest wykorzystywany do zdalnej diagnostyki w celu utrzymania systemów pod stałą kontrolą. Złożoność elektroniki stale rośnie. Aby ją chronić i zapobiegać awariom technicznym, częścią systemów są inteligentne czujniki CSS 014 firmy STEGO. Czujnik ten stanowi cyfrową ewolucję w zarządzaniu temperaturą komponentów elektronicznych. Mierzy ważne parametry temperatury od -40 °C do 80 °C i wilgotności względnej od 0 do 100% RH, a tym samym pozwala na wyciągnięcie ważnych wniosków na temat działania systemu. Jeśli temperatura w turbinie wiatrowej jest zbyt wysoka lub zbyt niska, urządzenie sygnalizuje potrzebę działania, ponieważ ważne komponenty, a tym samym funkcje, są zagrożone awarią. Dzięki dodatkowej histogramowej prezentacji wszystkich zmierzonych danych, użytkownik zawsze ma niezawodny przegląd stanu turbiny.

Elastyczny i łatwy w integracji dzięki IO-Link

Firma STEGO wybrała protokół komunikacyjny IO-Link. Oznacza to, że inteligentny czujnik można również łatwo sparametryzować do użytku w turbinach wiatrowych za pomocą oprogramowania na komputerze. IO-Link zapewnia również elastyczność, ponieważ czujniki i elementy wykonawcze różnych producentów można łatwo integrować dzięki standardowym interfejsom. Ponadto, dzięki IO-Link i standardowym, nieekranowanym kablom z co najmniej trzema przewodami, nakład pracy związany z okablowaniem jest zminimalizowany. Instalacja jest prosta, co ostatecznie skraca czas i redukuje koszty.

Zebrane dane są przesyłane do nadrzędnego sterownika systemu za pośrednictwem IO-Link. Oprócz czystych parametrów przełączania dla temperatury i wilgotności, użytkownik ma również dostęp do dodatkowych konfigurowalnych "zdarzeń". Wartością dodaną są rozszerzone dane diagnostyczne. Ponieważ IO-Link umożliwia dostęp do tych danych oraz parametrów urządzenia, monitorowanie i konserwacja mogą być indywidualnie dostosowywane i optymalizowane w zależności od scenariusza zastosowania. Centralna konfiguracja i parametryzacja urządzeń znacznie ułatwia uruchomienie i późniejsze zmiany.

Podsumowując, IO-Link łączy prostą instalację z elastycznością, zwiększoną dostępnością danych i efektywnością kosztową.

W niektórych systemach Smart Sensor jest również używany w wersji 4-20 mA. Ponieważ firma STEGO od wielu lat jest aktywna w sektorze energetyki wiatrowej dzięki swoim produktom do zarządzania ciepłem, Smart Sensor CSS 014 doskonale pasuje do portfolio obejmujące higrostat, wentylator filtrujący, nagrzewnicę wentylatorową, termostat i oświetlenie LED.

Zrównoważona ochrona elektroniki 

Sam czujnik został opracowany w taki sposób, aby idealnie dostosować go do trudnych warunków pracy na pełnym morzu. Eksperci ds. zarządzania temperaturą w firmie STEGO odizolowali termicznie czujnik pomiarowy i umieścili go w dedykowanej uszczelce, co zapewnia wysoką odporność na wibracje i stopień ochrony IP57 w obszarze czujnika. Mikrokontroler, sterownik interfejsu i jednostka ochrony EMC są rozmieszczone w zoptymalizowanym pod kątem ciepła układzie na pokrytej lakierem ochronnym płytce drukowanej, dzięki czemu jakikolwiek wpływ na mierzone wartości z powodu wewnętrznych strat ciepła jest praktycznie wyeliminowany.

Na podstawie mierzonych wartości możliwe jest nie tylko niezawodne przeprowadzanie zdalnej diagnostyki, ale także optymalizacja sterowania całą turbiną wiatrową. Poszczególne urządzenia, takie jak wentylatory, jednostki chłodzące czy grzałki, mogą być sterowane zgodnie z rzeczywistym zapotrzebowaniem. System sterowania wyższego poziomu wykorzystuje przesłane dane, aby zdecydować, które działania należy wykonać. Na przykład, elementy wykonawcze mogą być sterowane z najwyższą dokładnością w celu osiągnięcia pożądanego stanu pracy lub zapewnienia pożądanych parametrów środowiskowych.

Zalety w porównaniu z klasycznym sterowaniem DWUSTANOWYM

Sterowanie komponentami do zarządzania klimatem, takimi jak nagrzewnice i wentylatory, za pomocą czujnika temperatury i wilgotności w połączeniu z czujnikiem systemowym oferuje znaczące korzyści w porównaniu z klasycznym czujnikiem dwustanowym: Podczas gdy czujnik dwustanowy jedynie przełącza między dwoma stanami (włączony/wyłączony), system sterowany czujnikiem umożliwia bardziej precyzyjną i ciągłą regulację warunków klimatycznych. Umożliwia to czujnikowi systemu bardziej precyzyjne dostosowanie działania komponentów klimatyzacji do rzeczywistego zapotrzebowania. Zapobiega to niepotrzebnemu włączaniu i wyłączaniu, co zmniejsza zużycie energii i wydłuża żywotność komponentów.

Ogólnie rzecz biorąc, system sterowania oparty na czujnikach przyczynia się do bardziej wydajnego, precyzyjnego i trwałego działania komponentów. Zmniejsza się również liczba koniecznych napraw, co stanowi istotny czynnik kosztowy, zwłaszcza na pełnym morzu. Oczywiście Smart Sensor CSS 014 nadaje się również do stosowania w lądowych turbinach wiatrowych. Zastosowania i funkcje pozostają takie same. W sektorze offshore zdalna konserwacja odgrywa po prostu ważniejszą rolę, z uwagi na dostępność farm wiatrowych na pełnym morzu.

^*1 Statystyki, badanie przeprowadzone przez Deutsche WindGuard, "Status ekspansji morskiej energetyki wiatrowej w Niemczech".

^*2 Badanie przeprowadzone przez BDEW; ZSW; Federalny Urząd Statystyczny, raport roczny "Zaopatrzenie w energię 2023"

Zastosowanie w infrastrukturze ładowania dla elektromobilności

Inteligentny czujnik CSS 014 firmy STEGO cechuje się wysoką efektywnością kosztową, dlatego warto go używać również w mniejszych aplikacjach. Przykładem jest infrastruktura ładowania, która nabiera coraz większego znaczenia wraz ze wzrostem elektromobilności. Podczas procesu ładowania generowane jest ciepło, co może prowadzić do dużej różnicy temperatur między wnętrzem stacji ładowania a temperaturą zewnętrzną. Może to prowadzić do kondensacji wewnątrz stacji ładowania, co w najgorszym przypadku może spowodować awarię elektroniki. Przegrzanie z powodu wewnętrznych strat ciepła podczas procesu ładowania lub zbyt niskich temperatur otoczenia - szczególnie zimą - może również uszkodzić komponenty elektroniczne.

Smart Sensor CSS 014 zapewnia idealne zarządzanie temperaturą w takich zastosowaniach. Stale mierzy on temperaturę i wilgotność wewnątrz stacji ładowania. Oznacza to, że warunki panujące w stacji ładowania mogą być niezawodnie monitorowane, a środki podejmowane w odpowiednim czasie, aby zapobiec uszkodzeniom. Zapobiega to awariom, zmniejsza koszty operacyjne i zwiększa dostępność stacji ładowania.