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 do ar condicionado podem ser controlados com precisão para regular a temperatura e a umidade com exatidão, garantindo condições operacionais 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, portanto, um dos pilares mais importantes no que diz respeito ao fornecimento de energia com eletricidade verde. E sua expansão está progredindo cada vez mais.
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, permite que sejam tiradas conclusões importantes sobre a operação do sistema. Se a temperatura na turbina eólica estiver muito alta ou muito baixa, o dispositivo sinaliza a necessidade de ação, pois componentes importantes e, portanto, funções correm o risco de falhar. Graças a um histograma adicional de todos os dados medidos, você sempre tem uma visão geral confiável do status da turbina.
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 . O esforço de cabeamento também é reduzido ao mínimo graças ao IO-Link com cabos padronizados, não blindados e com pelo menos três núcleos. A instalação é simples, o que, em última análise, reduz o tempo e os custos.
Os dados coletados são transmitidos a um controlador de sistema de nível superior por meio do IO-Link. Além dos parâmetros de comutação puros para temperatura e umidade, "eventos" adicionais configuráveis também estão disponíveis para o usuário. 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 com flexibilidade, maior disponibilidade de dados e eficiência de custos.
Em alguns sistemas, o Smart Sensor também é usado em uma versão de 4-20 mA. Como a STEGO atua no setor de energia eólica há muitos anos com seus produtos de gerenciamento térmico, o Smart Sensor CSS 014 se encaixa perfeitamente no portfólio composto por higrostato, ventilador com filtro, aquecedor com ventilador, termostato e iluminação LED.
Proteção eletrônica sustentável - até mesmo no próprio aparelho
A própria unidade do sensor foi desenvolvida de forma a se adaptar perfeitamente às condições operacionais adversas em alto mar. Os especialistas em gerenciamento térmico da STEGO desacoplaram termicamente o dispositivo e o encapsularam com uma vedação circunferencial, resultando em alta resistência à vibração e proteção IP57 na área do sensor. O microcontrolador, o driver de interface e a unidade de proteção EMC estão dispostos em um arranjo otimizado para o calor na placa de circuito revestida com laca protetora do CSS 014, de modo que qualquer influência nos valores medidos devido ao calor residual é praticamente eliminada.
Além de ser possível realizar diagnósticos remotos confiáveis usando os valores medidos, o controle de toda a turbina eólica também pode ser otimizado e dispositivos individuais, como ventiladores e unidades de resfriamento ou aquecedores, podem ser controlados de acordo com a demanda . O sistema de controle de nível superior usa os dados transferidos para decidir quais ações precisam ser executadas. 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 controlado por sensor permite um ajuste mais preciso e contínuo do ar-condicionado. Isso permite que o controlador do sistema adapte a operação dos componentes do ar-condicionado com mais precisão à demanda real. Evita-se o ligamento e o desligamento desnecessários, o que reduz o consumo de 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. Obviamente, o Smart Sensor CSS 014 também é adequado para uso em turbinas eólicas em terra. 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 aplicações menores. Um exemplo disso é a infraestrutura de carregamento para aumentar a eletromobilidade. O calor é gerado durante o processo de carregamento, o que 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
