O que é um desarme de turbinas eólicas e como reduzir desarmes de turbinas eólicas?

O que é um desarme de turbina eólica?

Um desarme de turbina eólica é um evento em que a turbina é desligada para protegê-la de danos ou condições inseguras. Durante um desarme, a turbina normalmente entra em um estado seguro, reduzindo as lâminas para reduzir as forças aerodinâmicas, enquanto o freio aerodinâmico diminui a rotação e desconecta-se da rede elétrica.

Ventos de alta velocidade que excedem os limites do design são uma causa comum para desarmes de turbinas eólicas. Outras causas possíveis incluem velocidades de vento insuficientes para gerar eletricidade, problemas dentro da rede elétrica e falhas mecânicas ou elétricas. 

Uma vez que a condição do desarme subjacente tenha sido resolvida com segurança, a turbina pode ser reiniciada e acionada on-line automaticamente ou manualmente.

Como reduzir os desarmes de turbinas eólicas causados por rajadas de vento e tempestades?

Não é incomum que rajadas de vento excedam o limite operacional de uma turbina eólica. Nessas situações, a solução OEM para algumas turbinas eólicas é simplesmente desarmar a unidade. Isso resultará na perda de geração, até que essas turbinas sejam reinicializadas, e adicionam desgaste à máquina. No entanto, algoritmos sofisticados de controle de turbinas eólicas podem mitigar os efeitos de rajadas de vento repentinas e turbulência, e reduzir desarmes.

Um controlador básico de gerador de turbina eólica (WTG) com lógica de controle simples tentará responder a uma rajada repentina, mudando imediatamente o lançamento da lâmina para reduzir o torque na caixa de engrenagens/gerador com base principalmente em uma tabela. Para evitar uma reação exagerada e causar um desarme, a resposta deve ser proporcional às variáveis ambientais. Isso é especialmente desafiador devido à inércia das lâminas rotativas e ao grande atraso no tempo de resposta a uma rajada repentina, além de outras variáveis que resultam em uma resposta de controle imprecisa.

Uma abordagem melhor é utilizar uma lógica avançada de controle de rajadas de vento adaptativa que lida com rajadas de vento e turbulência com algoritmos lógicos específicos para compensar uma ampla gama de fatores ambientais. Há três níveis de resposta a rajadas/velocidades excessivas de vento. 

• A camada superior é a proteção contra sobrevelocidade. Embora seja a menos desejável, pode ser a melhor escolha para proteger turbinas eólicas sujeitas a altas velocidades de vento. Uma abordagem para proteção contra sobrevelocidade é prever a velocidade do rotor vários segundos à frente no tempo e permitir a reação anterior no movimento do lançamento para reduzir a fadiga nos componentes de rotação.
• O próximo nível é mais ativo, incluindo métodos de controle avançados e cálculos para melhorar a resposta do controlador às rajadas de vento. Em vez de responder apenas à velocidade do vento, essa abordagem insere a velocidade do vento ajustada em um estimador de turbulência, juntamente com um acelerômetro da nacela, para calcular, com outros dados, um limite de empuxo que orienta o ponto de ajuste do passo. Isso é especialmente útil para turbinas que têm fluxos de ar turbulentos. 
  Como última medida, se as condições de rajadas forem excessivas, um cálculo de redução baseada em turbulência aciona o sistema de inclinação. Isso permite uma operação mais segura para evitar atingir configurações de desarme excessivo, mas ainda assim manter a produção de energia em um ponto de ajuste reduzido.
• O nível final é uma resposta automática aos desarmes. Dentro do sistema SCADA, pode-se introduzir lógica condicional para que, quando ocorrer um desarme, a lógica reaja como um operador humano, verificando as condições de falha, o tempo e o status geral da unidade, para redefinir o desarme e reiniciar a unidade. Isso imita o que um operador faria, mas em meros segundos, para uma recuperação mais rápida da geração perdida, especialmente em grandes parques eólicos. Os sistemas que utilizam lógica aberta permitem que os parâmetros possam ser alterados para acomodar novas ideias ou mudanças de condições.

A Emerson tem mais de 30 anos de experiência em projetos de controle eólico e oferece soluções de aperfeiçoamento para turbinas eólicas que atendem às necessidades de diferentes condições ambientais, reduzem desarmes e melhoram a produção anual de energia (AEP) de parques eólicos.