As turbinas eólicas são sistemas tecnicamente muito complexos, nos quais a energia cinética do vento é capturada como energia rotacional e transferida para um gerador, onde é convertida em eletricidade. Isso requer um grande número de componentes eletrônicos, que são instalados nas turbinas eólicas da cabeça aos pés. Dessa forma, o gerenciamento térmico correto também é uma questão importante. Os dispositivos eletrônicos sempre exigem condições de temperatura confiáveis, não devem superaquecer, mas também não devem ser operados abaixo de uma especificação de temperatura permitida. A condensação também pode causar sérios danos aos componentes eletrônicos. Além disso, os sistemas offshore , em particular, estão sujeitos a condições ambientais adversas que precisam ser levadas em conta.
Gerenciamento térmico perfeito para turbinas eólicas
O Smart Sensor CSS 014 da STEGO foi projetado para registrar de forma confiável as temperaturas e a umidade e transmitir os dados por meio de interfaces adequadas para que os operadores tenham sempre uma visão geral confiável das condições térmicas e das mudanças nas turbinas eólicas. Os sensores criam uma situação de dados melhor, fornecendo continuamente informações precisas sobre as condições climáticas dentro do sistema. Com base nisso, os componentes de refrigeração podem ser controlados com precisão para regular a temperatura e a umidade com exatidão, garantindo condições de funcionamento ideais.
Graças ao controle otimizado, os componentes são submetidos a menos estresse e são protegidos contra danos causados por condensação ou superaquecimento. Como resultado, a vida útil das turbinas eólicas é ampliada e as falhas são reduzidas. Menos falhas, por sua vez, significam menores custos de manutenção e maior disponibilidade do sistema, o que, em última análise, economiza custos e garante lucros.
O sensor inteligente CSS 014 da STEGO foi desenvolvido precisamente para essa finalidade em resposta às exigências de um fabricante de turbinas eólicas e, graças à sua eficiência e digitalização geral, já se estabeleceu em vários outros setores, incluindo a infraestrutura de carregamento para eletromobilidade (veja o quadro).
Energia eólica em ascensão
Atualmente, existem 1.566 turbinas eólicas offshore na Alemanha, divididas em 29 parques eólicos localizados nas costas do Mar do Norte e do Báltico. Elas agora geram 8.465 MW de potência nominal por ano (a partir de 2023) *1, o que representa mais de 7.000 MW a mais de potência nominal do que há dez anos. (No Reino Unido, esse número já é de 14,7 GW e, na China, de 37,3 GW).
A meta do governo alemão é instalar um mínimo de 70 gigawatts de energia eólica offshore em águas alemãs até 2045 . Essas metas de expansão foram até mesmo adotadas na forma de uma emenda à Lei de Energia Eólica no Mar (WindSeeG).
Enquanto a energia eólica offshore ainda ocupa o quarto lugar em termos de geração bruta de eletricidade a partir de energias renováveis na Alemanha, com 23,8 TWh, a energia eólica onshore é a líder, com 120,9 TWh, e aumentou mais de 30% em relação a 2021. *2
De acordo com a EnBW, no entanto, para atingir as metas climáticas até 2030, turbinas eólicas adicionais com 10.000 MW também teriam que ser construídas nesse segmento. A energia eólica é um dos pilares da transição energética. E sua expansão está progredindo cada vez mais.
Especificamente sobre energia eólica offshore, o Brasil tem um grande potencial, com mais de 1.200 GW disponíveis, segundo um estudo do Banco Mundial. Este potencial é superior a quatro vezes a capacidade instalada atual de energia eólica no país. A energia eólica offshore pode gerar mais de 516 mil empregos até 2050 e adicionar pelo menos R$900 bilhões à economia.
Segurança contra falhas graças a diagnósticos remotos confiáveis
Para garantir uma geração de energia segura e confiável, é importante monitorar os componentes eletrônicos sensíveis das turbinas eólicas e realizar manutenções regulares - um negócio caro, especialmente quando se trata de turbinas offshore. Isso se deve ao fato de que, em geral, elas são de difícil acesso e alcance, e as condições climáticas adversas em alto mar tornam o trabalho em alto-mar um desafio.
Os sistemas de monitoramento de condições são usados para diagnósticos remotos a fim de manter os sistemas sob controle constante. A complexidade dos componentes eletrônicos está, portanto, aumentando constantemente. Para protegê-los e evitar falhas técnicas, os sensores inteligentes CSS 014 da STEGO fazem parte dos sistemas. O sensor representa a evolução digital no gerenciamento térmico de componentes eletrônicos. Ele mede os parâmetros importantes de temperatura de -40 °C a 80 °C e umidade relativa de 0 a 100 % RH e, assim, tais informações permitem identificar o estado de operação do sistema. Se a temperatura estiver fora dos limites ideais, o sensor emite um alerta, indicando a necessidade de intervenção antes que ocorra a falha de componentes importantes. Um histograma com todos os dados medidos oferece uma visão confiável do status da turbina.
A STEGO já atua há muitos anos no setor eólico com soluções de gerenciamento térmico. O sensor CSS 014 complementa perfeitamente seu portfólio, que inclui higrostatos, ventiladores com filtro, aquecedores, termostatos e iluminação LED.
Flexível e fácil de integrar graças ao IO-Link
A STEGO optou pelo IO-Link como protocolo de comunicação. Isso significa que o sensor inteligente também pode ser facilmente parametrizado para uso em turbinas eólicas usando um software de interface em um PC. O IO-Link também garante flexibilidade, pois sensores e atuadores de diferentes fabricantes podem ser facilmente integrados usando interfaces padronizadas .
Como utiliza cabos padronizados e não blindados com pelo menos três fios, a instalação é fácil e econômica.
Além dos parâmetros básicos de temperatura e umidade, os usuários têm acesso a “eventos” configuráveis. A palavra-chave aqui é dados com valor agregado. Como o IO-Link permite o acesso a dados de diagnóstico e parâmetros do dispositivo ampliados, o monitoramento e a manutenção podem ser adaptados e otimizados individualmente, dependendo do cenário da aplicação. A configuração e a parametrização central dos dispositivos facilitam muito o comissionamento e as alterações subsequentes.
Em resumo, o IO-Link combina instalação simples, flexibilidade, disponibilidade de dados e custo-benefício.
Há ainda sensores com saída de 4–20 mA, que fornecem exclusivamente leituras simples de temperatura e umidade ao sistema de controle.
Proteção eletrônica sustentável - até mesmo no próprio aparelho
O sensor CSS 014 foi projetado para operar em condições adversas, especialmente no mar. Seu encapsulamento com vedação perimetral garante resistência à vibração e grau de proteção IP57 na área do sensor. A placa de circuito, com revestimento protetor, abriga o microcontrolador, drivers de interface e unidade de proteção EMC com otimização térmica — eliminando a influência do calor residual nas medições.
Com base nos valores medidos, além do diagnóstico remoto, é possível controlar toda a turbina e até mesmo ativar dispositivos individuais, como ventiladores, unidades de resfriamento ou aquecedores, conforme necessário. O sistema de controle principal toma decisões com base nos dados recebidos. Por exemplo, os atuadores podem ser controlados com precisão exata para atingir o status operacional desejado ou garantir os parâmetros ambientais desejados.
Vantagens em relação ao controle clássico de dois pontos
O controle de componentes de ar condicionado, como aquecedores e ventiladores, por meio de um sensor de temperatura e umidade em combinação com um controlador de sistema oferece vantagens significativas em relação a um controlador clássico de dois pontos: Enquanto o controlador de dois pontos apenas alterna entre dois estados (ligado/desligado), o sistema baseado em sensores permite ajustes contínuos e precisos, evitando acionamentos desnecessários, o que economiza energia e aumenta a vida útil dos componentes.
De modo geral, o sistema de controle baseado em sensores contribui para uma operação mais eficiente, precisa e durável dos componentes . Os reparos necessários também são reduzidos, o que representa um fator de custo significativo, especialmente em alto mar.
O Smart Sensor CSS 014 também é adequado para turbinas eólicas onshore, com as mesmas funcionalidades.
Os aplicativos e as funções permanecem os mesmos. No setor offshore, a manutenção remota desempenha um papel mais importante, simplesmente em termos da acessibilidade dos parques eólicos em alto mar.
*1 Estatísticas, pesquisa da Deutsche WindGuard, "Status da expansão da energia eólica offshore na Alemanha"
*2 Pesquisa da BDEW; ZSW; Escritório Federal de Estatística, relatório anual "The Energy Supply 2023"
Uso na infraestrutura de carregamento para eletromobilidade
O Smart Sensor CSS 014 da STEGO é muito econômico, portanto, também vale a pena usá-lo em outras aplicações como estações de recarga de veículos elétricos. O calor gerado durante o processo de carregamento pode levar a uma grande diferença de temperatura entre o interior da estação de carregamento e a temperatura externa. Isso pode levar à formação de condensação dentro da estação de carregamento, o que, na pior das hipóteses, pode causar falhas nos componentes eletrônicos. O superaquecimento devido ao calor residual durante o processo de carregamento ou a temperaturas ambientes muito baixas - especialmente no inverno - também pode danificar os componentes eletrônicos.
O Smart Sensor CSS 014 garante o gerenciamento térmico ideal nessas aplicações. Ele mede continuamente a temperatura e a umidade no interior da coluna. Isso significa que as condições predominantes na estação de carregamento podem ser monitoradas de forma confiável e medidas podem ser tomadas em tempo hábil para evitar danos. Isso evita falhas, reduz os custos operacionais e aumenta a disponibilidade das estações de carregamento.
Aquecimento
Ventilação
Regulação
Iluminação
