Tuulivoimalan lapojen luotettavuus ja kunnonvalvonta

Abstract

lmastonmuutos aiheuttaa suurta tarvetta siirtyä fossiilisten polttoaineiden käytöstä uusiutuviin energialähteisiin. Tuulivoiman suosio on kasvanut merkittävästi tehokkaiden tuulivoimaloiden myötä, mikä lisää tarvetta tuulivoimaloiden luotettavuuden tutkimiseen ja tehokkaiden kunnonvalvontamenetelmien kehittämiseen. Haasteita aiheuttavat varsinkin vaikeat meriolosuhteet. Tuulivoimalassa ankarille olosuhteille altistuvat suuret lavat, joiden kunto vaikuttaa tuulivoimalan sähköntuotantoon.

Tässä kandidaatintyössä käsitellään tuulivoimalan lapojen luotettavuutta ja kunnonvalvontamenetelmiä. Lapojen luotettavuuteen vaikuttaa vahvasti niiden jatkuva altistuminen haastaville ilmasto-olosuhteille. Ilman kosteus ja muut pienhiukkaset aiheuttavat varsinkin lapojen etureunaan eroosiota ja vaihtelevat tuuliolosuhteet kuormittavat lapoja. Näiden ulkoisten tekijöiden lisäksi lavan rakenteelliset ratkaisut vaikuttavat luotettavuuteen. Sekä materiaaliratkaisut että valmistusmenetelmät vaikuttavat varsinkin pitkien lapojen kuntoon, ja tyypillisesti kalliimpi ratkaisu lisää lavan luotettavuutta.

Lavan luotettavuuden ja kunnonvalvonnan kannalta on tärkeää tunnistaa lapojen tyypilliset viat. Näitä ovat erilaisten liimaliitosten tai materiaalin rajapintojen väliset irtoamiset toisistaan, laminaattikerrosten tai kuitujen murtumiset ja geelipinnoitteen halkeilu. Maatuulivoimaloiden lapojen vikatiheydeksi saatiin laajassa selvityksessä 0,01–0,40 vikaa vuodessa ja merituulivoimaloiden lapojen vikatiheydeksi 0,52 ja 1,35 vikaa vuodessa. Käytettävyyteen vaikuttava huoltoaika oli lavoilla 1,76–10,67 päivää vuodessa. Lavat ovat hyvin kriittisiä komponentteja tuulivoimalassa korkean vikatiheyden ja huoltoajan vuoksi. Lapoihin voi jäädä valmistusvaiheessa myös vikoja, joita ovat esimerkiksi ilmasulkeumat materiaaleissa, sidosaineena toimivan hartsin puuttuminen ja laminaattikerrosten aaltoilu. Nämä viat ovat kuitenkin melko helppo havaita, sillä tehdasoloissa ulkoiset häiriöt voidaan minimoida tehokkaiden kunnonvalvontamenetelmien käyttöä varten.

Työssä käsitellään menetelmiä, joita voidaan hyödyntää lapojen kunnonvalvonnassa. Vaihtelevat olosuhteet aiheuttavat kunnonvalvontaan merkittäviä haasteita, joita ei ole vielä onnistuttu täysin ratkaisemaan. Tässä työssä käsitellään venymän mittaukseen, akustiseen emissioon, kuvamittaukseen, värähtelyn mittaukseen, ultraääneen ja lämpökuvaukseen perustuvia menetelmiä. Monen kunnonvalvontamenetelmän haasteena ovat ulkoiset häiriöt ja vaativa kuvan- tai signaalinkäsittely. Näiden haasteiden ratkaiseminen nostaa tyypillisesti kustannuksia. Toimivien tuulivoimaloiden kunnonvalvonnassa on onnistuttu hyödyntämään venymämittaukseen ja akustiseen emissioon perustuvia menetelmiä. Näillä kunnonvalvontamenetelmillä on kuitenkin haittapuolensa, minkä vuoksi uusien menetelmien soveltaminen lapojen kunnonvalvontaan on tarpeellista.