Cosa sono i fermi delle turbine eoliche e come se ne può ridurre la frequenza?

Cosa sono i fermi delle turbine eoliche?

Il fermo della turbina eolica è un evento durante il quale la turbina viene spenta per proteggerla da danni o da condizioni di funzionamento non sicure. Durante il fermo, la turbina di solito entra in uno stato sicuro posizionando le pale in modo da ridurre le forze aerodinamiche, mentre la frenatura rallenta la rotazione, e scollegandosi dalla rete.

I venti a velocità che superano le soglie di progettazione sono una causa comune per i fermi delle turbine eoliche. Altre possibili cause sono una velocità del vento insufficiente per generare elettricità, problemi sulla rete elettrica e guasti meccanici o elettrici.

Una volta che la condizione causa del fermo è stata risolta in modo sicuro, la turbina può essere resettata e ricollegata alla rete in modo automatico o manuale.

Come si possono ridurre i fermi delle turbine eoliche causati da raffiche di vento e tempeste?

Non è raro che le raffiche di vento superino il limite operativo di una turbina eolica. In queste situazioni, la soluzione OEM per alcune turbine eoliche è quella fermare semplicemente l'unità. Questo comporta una perdita di generazione di energia fino a quando le turbine non vengono ripristinate e accelera l'usura della macchina. Tuttavia, gli algoritmi più sofisticati di controllo delle turbine eoliche possono ridurre gli effetti negativi delle raffiche e delle turbolenze improvvise del vento e ridurre i fermi delle turbine.

Un'unità di controllo base del generatore a turbina eolica (WTG) con una semplice logica di controllo tenterà di reagire a una raffica improvvisa modificando immediatamente il passo della pala per ridurre la coppia sulla scatola a ingranaggi/generatore sulla base principalmente di una tabella. Per evitare una reazione eccessiva e il conseguente fermo, l'azione intrapresa deve essere proporzionale alle variabili ambientali. Indurre un comportamento di questo tipo è particolarmente complesso, data l'inerzia delle pale che ruotano e il notevole ritardo nei tempi di risposta a una raffica improvvisa, oltre ad altre variabili che in genere producono una risposta di controllo imprecisa.

Un approccio migliore consiste nell'utilizzare una logica di controllo delle raffiche di vento avanzata e adattiva, che gestisca le raffiche di vento e le turbolenze con algoritmi logici specifici per compensare una vasta gamma di fattori ambientali. Esistono tre categorie di risposte alle raffiche/velocità di rotazione eccessive. 

• Il livello più alto è la protezione dalle velocità eccessive. Anche se è la meno auspicabile, può rivelarsi la soluzione migliore per proteggere le turbine eoliche sottoposte a velocità del vento molto elevate. Un approccio alla protezione dalle velocità eccessive consiste nel prevedere la velocità del rotore diversi secondi prima e consentire una reazione tempestiva del movimento del passo e ridurre il carico sui componenti in rotazione. 
• Il livello successivo è più attivo poiché include metodi e calcoli di controllo avanzati per migliorare la risposta del controllore alle raffiche di vento. Con questo approccio, invece di rispondere semplicemente alla velocità del vento, si inserisce la velocità del vento ponderata in un calcolatore di turbolenza insieme ai dati di un accelerometro della navicella per calcolare, con altri input, un limite di spinta e definire il setpoint del passo. Questo approccio è particolarmente utile per le turbine sottoposte a flussi d'aria turbolenti. 
  Come ultima opzione, se le condizioni della raffica sono eccessive, un calcolo della riduzione della potenza basato sulla turbolenza aziona il sistema del passo. In questo modo si ottiene un funzionamento più sicuro e si evita il raggiungimento delle condizioni di fermo per velocità eccessiva, pur garantendo la produzione di energia a un livello più basso.
• Il livello finale è una risposta automatica ai fermi. All'interno del sistema SCADA è possibile introdurre una logica condizionale che, quando si verifica un fermo, reagisce come un operatore umano: verifica le condizioni del guasto, i tempi e lo stato complessivo dell'unità, resetta la macchina e riavvia l'unità. In questo modo si riproduce ciò che un farebbe operatore, ma in soli due secondi, per un recupero più rapido della generazione di energia perduta, soprattutto nei grandi parchi eolici. I sistemi che utilizzano una logica aperta consentono di modificare i parametri per accogliere nuove idee o condizioni mutevoli.

Emerson ha più di 30 anni di esperienza nella progettazione e offerta di soluzioni per il retrofit di turbine eoliche che soddisfano le esigenze delle diverse condizioni ambientali, riducono i fermi e migliorano la produzione annuale di energia (AEP) degli impianti eolici.