Tuulivoimalan vikaantumisen mallintaminen
Ketonen, Jouni Kristian (2016)
2016
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-04-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201603223726
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201603223726
Tiivistelmä
Tuulivoima on nopeasti kasvanut merkittäväksi energiantuotantomuodoksi viimeisten vuosikymmenten aikana niin maailmalla kuin Suomessakin. Tämä kasvu on painottanut tuulivoimaloiden kehityksessä yksikkökoon kasvua ja hyötysuhteen optimointia laajalla tuulen nopeusalueella. Tässä työssä on tarkoituksena avartaa ajatusta siitä, miten tuulivoimalan luotettavuutta voidaan mallintaa ja hyödyntää voimalaitoksen valinnassa. Vika-analyysin avulla on mahdollista kohdentaa huoltoresursseja ja osaltaan ennakoida osien vikaantumista todennäköisyyksien avulla. Työn varsinaisena tavoitteena on todentaa menetelmän soveltuvuutta huoltotarpeen ennustamiseen.
Tässä työssä vikaantumisen mallintamiseen on lähdetty toteuttamaan vika-analyysin keinoin kahdelle eri tyypin tuulivoimalalle. Analyysin pohjalta on saatu vikataajuudet voimalaitoksille komponenttikohtaisesti sekä niistä muodostuville kokonaisuuksille. Vika-analyysiin käytettiin suunnittelukirjoja ja komponenttivalmistajien tietoja. Suunnittelukirjojen pohjalta valittiin myös tarpeelliset kertoimet komponenteille Weibull-sovitteita varten. Vikojen lukumäärien todennäköisyyksien selvittämiseen käytettiin eksponentti ja Weibull-jakaumia. Jakaumien ominaisuuksien vuoksi Weibull-kehitelmät simuloitiin MATLAB ohjelmistolla, mutta eksponenttikehitelmä voitiin laskea suoraan. Näitä vikamäärien todennäköisyyksiä vertailtiin Suomen tuulivoimaloiden vikatilaston pohjalta saatuun sarjaan.
Yhteenvetona voidaan todeta, että analyysin pohjalta saadut vuotuiset vikamäärät olivat suhteellisesti samassa luokassa voimalaitosten osalta tilastoon verrattuna. Kuitenkin tulee huomata, että komponenttikohtaisesti vikamäärien osalta on selkeää poikkeamaa tilaston ja voimalaitosten välillä johtuen vikatilastoinnin tapaerosta verrattuna vika-analyysin lähtöoletuksiin. Lopputuloksena menetelmän avulla saadut tulokset korreloivat hyvin todellisuuden kanssa ja menetelmällä voidaan hyvin ennustaa uuden tuulivoimalan tulevaa huoltotarvetta.
Tässä työssä vikaantumisen mallintamiseen on lähdetty toteuttamaan vika-analyysin keinoin kahdelle eri tyypin tuulivoimalalle. Analyysin pohjalta on saatu vikataajuudet voimalaitoksille komponenttikohtaisesti sekä niistä muodostuville kokonaisuuksille. Vika-analyysiin käytettiin suunnittelukirjoja ja komponenttivalmistajien tietoja. Suunnittelukirjojen pohjalta valittiin myös tarpeelliset kertoimet komponenteille Weibull-sovitteita varten. Vikojen lukumäärien todennäköisyyksien selvittämiseen käytettiin eksponentti ja Weibull-jakaumia. Jakaumien ominaisuuksien vuoksi Weibull-kehitelmät simuloitiin MATLAB ohjelmistolla, mutta eksponenttikehitelmä voitiin laskea suoraan. Näitä vikamäärien todennäköisyyksiä vertailtiin Suomen tuulivoimaloiden vikatilaston pohjalta saatuun sarjaan.
Yhteenvetona voidaan todeta, että analyysin pohjalta saadut vuotuiset vikamäärät olivat suhteellisesti samassa luokassa voimalaitosten osalta tilastoon verrattuna. Kuitenkin tulee huomata, että komponenttikohtaisesti vikamäärien osalta on selkeää poikkeamaa tilaston ja voimalaitosten välillä johtuen vikatilastoinnin tapaerosta verrattuna vika-analyysin lähtöoletuksiin. Lopputuloksena menetelmän avulla saadut tulokset korreloivat hyvin todellisuuden kanssa ja menetelmällä voidaan hyvin ennustaa uuden tuulivoimalan tulevaa huoltotarvetta.