TR201811711T4 - Rüzgâr türbinlerindeki yorulma. - Google Patents

Abstract

Seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinde yüklerine belirlenmesine yönelik bir veya daha fazla sensöre sahip bir rüzgâr türbininin çalıştırılma yöntemleri olup, yöntemler, birinci bir rüzgâr koşulu altında bir ölçüm periyodu sırasında seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinde yüklerin belirlenmesini, ölçüm periyodu sırasında seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinin her biri için bir veya daha fazla seçilmiş yükün bir gerçek güç spektral yoğunluğunun hesaplanmasını, birinci rüzgâr koşulu ile karşılaştırılabilir bir rüzgâr koşulu altında seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinin her biri için seçilmiş yükler için bir referans güç spektral yoğunluğunun elde edilmesini, seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinin her biri için zamana eşdeğer yüklerdeki birikmiş yorulma hasarının belirlenmesini, zamana eşdeğer yüklerdeki birikmiş yorulma hasarının kabul edilebilir sınırlar içinde olup olmadığının seçilmiş rüzgâr türbini bileşenlerinin her biri için doğrulanmasını ve olumsuz bir sonuçta bir veya daha fazla işletimsel değişimin gerçekleştirilmesini içermektedir. Bu yöntemler için uygun rüzgâr türbinleri de açıklanmaktadır.

Description

TARIFNAME RÜZGÂR TÜRBINLERINDEKI YORULMA Mevcut tarifname, bir rüzgâr türbininin çaIlStEllmasI yönelik yöntemler ve daha özel olarak bir veya daha fazla rüzgâr türbini bilesenlerindeki yorulma hasarEbakIilEtlan bir rüzgâr türbininin çallgtlülîhas- yönelik yöntemler ile ilgilidir. Mevcut tarifname ayrlEla bu tür yöntemlerin yürütülmesi için uygun rüzgâr türbinleri ile de ilgilidir. ÖNCEKI TEKNIK Modern rüzgâr türbinleri, elektrigi elektrik ag. tedarik etmek için yaygI bir sekilde kullanllüiaktadlü Bu tür rüzgâr türbinleri genel olarak bir rotor göbegine sahip bir rotor ve birden çok kanat içermektedir. Rotor, kanatlar üzerinde rüzgâr. etkisi aItIa dönmeye baslamaktadiEl Rotor milinin dönmesi, ya dogrudan (“dogrudan tahrikli”) ya da bir sanzIian kutusunun kullanllîhaslîlasüâslîla üreteç rotorunu çallgtlünaktadß Bir degisken hlîda rüzgâr türbini, kanatlar. adli açlîlîl/e üreteç torkunun degismesiyle tipik olarak kontrol edilebilmektedir. Bir sonuç olarak, aerodinamik tork, rotor hEEl/e üretilen elektrik gücü degiskenlik gösterecektir.

Bir degisken hlîda rüzgâr türbininin yaygI bir önceki teknik kontrol stratejisi, sekil 1a'ya referans ile açllZlanabilmektedir. Sekil 1a'da, tipik bir degisken hlîtla rüzgâr türbininin isletimi, rüzgâr li.. bir fonksiyonu olarak ad! açiîllß), üretilen elektrik gücü (P), üreteç torku (M) ve rotorun (w) dönel hlZEbakEiEUan örneklendirilmektedir.

Bir birinci isletimsel arallEta, devreye giren rüzgâr h-an bir birinci rüzgâr h- (örn. ortalama 5 veya 6 m/s), rotor, dogru bir sekilde onu kontrol edebilmesi için yeterince yüksek olan büyük oranda bir sabit hlîlja dönmek üzere kontrol edilebilmektedir. Devreye giren rüzgâr hlîEörn. ortalama olarak 3 m/s olabilmektedir.

Bir ikinci isletimsel araIIKta, birinci rüzgâr h-an (örn. ortalama olarak 5 veya 6 m/s) ikinci bir rüzgâr h_ (örn. ortalama olarak 8.5 m/s), amaç, maksimum enerji yakalamak için kanatlar. adIi aç-EI koruyarak, güç çlEISIElEl genel olarak maksimuma çlKhrmak olabilmektedir. Genel olarak, ikinci isletimsel araIlKta, kanatlarlEl acin açlgEbüyük oranda sabit olabilmektedir, buna ragmen ideal kanat ayarüinlilîlrüzgâr h_ baglüilabilmektedir.

Bu amaca ulasmak için, üreteç torku ve rotor hlîügüç katsay-EQCD) maksimuma çilZlartmak amaclüa kanat ucu hlîloranIE(A) (geçerli rüzgâr hlZZIIe bölünen rotor kanatlarII kanat ucunun tegetsel hlîmsabit tutmak için degiskenlik gösterebilmektedir.

Güç çlEEEElnaksimum yapmak ve maksimum degerde Cp'yi sabit tutmak için, rotor torku asag-ki denklem ile uyumlu olarak olusturulabilmektedir: k, bir sabittir ve (o, üretecin dönel h-IB Bir dogrudan tahrikli rüzgâr türbininde, üreteç hlîü büyük oranda rotor h_ esittir. Bir sanzian kutusu içeren bir rüzgâr türbininde, normal olarak büyük oranda bir sabit oran, rotor hlîÜe üreteç hlîüraslîitla bulunmaktadIB Nominal güce ulasana kadar genisleyen ve nominal rotor dönel h-a baslayan üçüncü bir isletimsel araIIiZta, rotor hlîßabit kalabilmektedir ve üreteç torku bu tür bir etkiye degiskenlik gösterebilmektedir. Rüzgâr hlîlarEbakIilEtlan, bu üçüncü isletimsel aralilZi örn, ortalama olarak 8.5 m/s'den ortalama olarak 11 m/s'ye ikinci rüzgâr h-an nominal rüzgâr h- büyük oranda genislemektedir.

Bazüiurumlarl nominal rüzgâr h-an devre dlgütla olan rüzgâr h- (örnegin, ortalama olarak 11 m/s ila 25 m/s) genisleyebilen dördüncü bir isletimsel araIlKta, kanatlar, büyük oranda sabit olan rotor ile taslElan aerodinamik torku korumasElçin döndürülebilmektedir (“yalpalanmaktadlEl'). Uygulamada, yalpalama, büyük oranda rotor h-Elsabit tutmak için gibi etkin hale getirilebilmektedir. Devre dmlan rüzgâr h-a, rüzgâr türbininin isletimi kesilmektedir.

Birinci, ikinci ve üçüncü isletimsel aralilîlarda, örn., nominal rüzgâr hlZIJalt nominal isletim bölgesi) altlEtlaki rüzgâr hlîlarIa, kanatlar normal olarak sabit bir yalpalama konumunda, yani “nominal yalpalama konumu altlEtla” tutulmaktadE Söz konusu varsayilân yalpalama konumu genel olarak bir 0° ad! aç_ yakI olabilmektedir. Bununla birlikte “nominal altlîl kosullarda tam adli açlîürüzgâr türbininin tam tasarIi- bagllîrblmaktadE AçilZlanmadan önce, isletim, sekil 1'de gösterilen gibi sözde bir güç egrisine çevrilebilmektedir. Bu tür güç egrisi, rotor süpürme alanEl(rüzgâr türbini kanatlarElile süpürülen alan) üzerinden düzgün rüzgâr h-lEl kosullarüaltia ve kararlEkosullar altIa rüzgâr türbininin ideal isletimini yansltâbilmektedir.

Rüzgâr türbinleri ve rüzgâr türbini bilesenleri akIa bir tasarIi ömrüne (örn., 20 ylljl sahip olarak tasarlanabilmektedir. Bu, isletimin 20 yian sonra rüzgâr türbininin devreden çlJZlartlJBiaslillEl beklendigi anlam. gelmektedir. Ideal bir senaryoda, tüm rüzgâr türbini bilesenleri veya çok say. rüzgâr türbini bilesenleri, örn., rüzgâr türbini ömrünün sonunda, büyük oranda yanüamanda kendi ayrlîömrünün sonuna ulasmaktadE Bu durumda, rüzgâr türbini bilesenlerinin hiçbiri aslElZlboyutlandlEllBiamaktadlEl Her bilesen dogru bir sekilde boyutlandlBlIhaktadlÜ dolaylgýla rüzgâr türbini maliyeti ve aglEIllgEzalmaktadlü Bununla birlikte, gerçekte bir rüzgâr türbini, örn., alelisletim slBileUa rüzgâr kosullarlZl beklenen rüzgâr kosullarlEtlan farkllîlolabileceginden, beklentilere göre dogru bir sekilde çallSlnayacaktlEl Bu, rüzgâr türbininin, kendi tasarIi ömrüne ulasmamas. ve bir rüzgâr türbininin erkenden devreden çllZlartHBiasügierekmesine yol açmaktadlü Bu problemden kaçlErnak için, yorulma hasarlîlgörüntülenebilmektedir. Yorulma hasarIIZI belirlemeye yönelik bilinen bir yöntem, rüzgâr türbinindeki yüklerin sürekli olarak ölçülmesidir. Bu tür ölçülen yükler daha sonra tepe yüklerin belirlenmesine ve sayllîhas. baglüilan bir yagmur akIi döngüsü sayi yöntemine tabi tutulabilmektedir. Tepe yüklerinin belirlenmesi ve sayllBiasEla, yükler, farkIIZI büyüklüklerdeki çesitli döngü sayllârlEla ayrlgiabilmektedir. Örn., Palmgren-Miner kurallîlkullanlßrak, rüzgâr türbininin birikmis yorulma hasarEHiesaplanabilmektedir. Eger bir rüzgâr türbinine bu yerlestirildiyse, teorik olarak rüzgâr türbini bilesenlerindeki birikmis yorulma hasarIElbelirlemek mümkün olabilmektedir. Bir yagmur akIiElsayIi yöntemi ile bir temel problem, bunun çok karmasllîl ve bir rüzgâr türbininde es zamanlEluygulama yapmak için büyük sayma gücü gerektirebilmesidir. Bu dolaylîlüa çok pahalßlabilmektedir. Rüzgâr türbini bilesenlerinin gerilim geçmisinin spektral özelliklerine baglEblarak bir alternatif yöntem, Hammerun ve ark. taraflEL'lan "A fatigue approach to wind turbine control” Journal of Physics: Conference series, IOP Publishing, Bristol, GB, cilt 75, no 1, Temmuz 2007 yayla gösterilmektedir. Mevcut tarifname, bir veya daha fazla daha önceden deginilen problemlerden kaçIllBiasü/eya en ainan kismi olarak azaltllßiaslîçin çesitli yöntem ve sistemler ile ilgilidir.

KISA AÇIKLAMA Bir birinci yönde, bir rüzgâr türbininin isletiminin bir yöntemi saglanmaktadlîl rüzgâr türbini, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinde yüklerin belirlenmesi için bir veya daha fazla sensör içermektedir. Yöntem bir birinci rüzgâr kosulu altlElda bir ölçüm periyodu sßsia seçilmis rüzgâr türbini bilesenierindeki yüklerin ölçülmesini, ölçüm periyodu sßslda seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri için bir veya daha fazla seçilmis yükün bir gerçek güç spektral yogunlugunun hesaplanmasü birinci rüzgâr kosulu ile karsiiâstlElIâbiIir bir rüzgâr kosulu aItIa seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri için seçilmis yükler için bir referans güç spektral yogunlugun elde edilmesi, ve gerçek güç spektral yogunluk ve referans güç spektral yogunluga baglEblarak seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri için zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarII belirlenmesini içermektedir. Daha sonra, bir isletimsel degisim, eger seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin bir veya daha fazlasEkabul edilebilir sIiEIhr dglîida yorulma hasarEbiriktirmis ise, gerçeklestiriIebilmektedir.

Opsiyonel olarak, beklenenden daha fazla veya daha az birikmis yorulma hasarlEla, örn., rüzgâr türbininin isletiminin zaman. baglEbIarak beklenebilen daha fazla veya daha az yorulma hasar. sahip olmaktadlE Bu yönle uyumlu olarak, yorulma hasariîifrekans alanlEda hesaplanmaktadü Bu tür bir yorulma hasarlîhesaplamasÇigenel olarak yagmur akIiEkayIi- bagIEblan yöntemlerden daha az dogru olabilmektedir. Bununla birlikte, yorulma hesaplamasübir referans ile karsiiâstiEilârak gelistirilebilmektedir, bu durumda, referans karsilâstülâbilir kosullar aItiEL'Ia aynEbiIesen içindir. Ilaveten, bu tür bir frekans hesaplamaslîlsletim süslütla es zamanIEI olarak gerçeklestirilebilmektedir. Dolayigiîzla, bu, bir rüzgâr türbininin isletimini realistik olarak modifiye etmeye olanak saglamaktadlE Opsiyonel olarak, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri Için dogrulama, zaman esdeger yüklerinde birikmis yorulma hasarlElI rüzgâr türbininin isletim halindeki zaman. karsl1]]Zl gelip gelmedigini dogrulamayEltabul edilebilir siEiiEihr içinde içermektedir. Yani, kabul edilebilir sIlîiiar rüzgâr türbininin isletim halinde oldugu zamana bagIIJJIabilmektedir.

Eger örnegin bir veya daha fazla bilesen 5 yi]]]]Z] yük esdegerine ugrarsa, rüzgâr türbininin sadece 4 yIlÜçallSHgiEgöz önünde bulunduruldugunda, bir isletimsel strateji, bir rüzgâr türbininin enerji veriminin bir düsmesine yol açabilen örnegin bir saldlEElsI-I uygulanabildigi sekilde degistirilebilmektedir, ancak teorik olarak bu, rüzgâr türbininin kendi tasarm ömrüne ulasmasi izin vermektedir. Bu gibi bir durumda kabul edilebilir sIiEIbr örn., 3 ve . Beklenenden daha az zarar gören bir rüzgâr türbini bileseni, beklenenden daha fazla zarar gören bir rüzgâr türbininin bir probleminden daha az. sahiptir.

Diger örnekte, bir isletimsel degisim, eger rüzgâr türbini beklenenden daha az yorulma hasarlElai ugrarsa, degisim yapllâbilmektedir. Bu durumda, yüksek yük masrafIa daha fazla enerji verecek çabalar yapllâbildigi bir isletimsel degisim olabilmektedir.

Referans PSD'ler, örn. farkIEl'üzgâr türbini bilesenleri ve/veya farklüüzgâr kosullarlZiçin simülasyonlardan elde edilebilmektedir. Alternatif olarak, PSD'ler, bir rüzgâr türbininin isletimsel ömrünün çok basIa elde edilebilmektedir (örn., belgeleme ve/veya devreye girme). Bu tür bir durumda, rüzgâr türbini bilesenlerinin henüz yorulma hasar. ugramadlglü varsayllîhaktadß Bu gibi bir durumda sensörlerin ölçümlerinden elde edilebilen PSD'ler, referans PSD'leri olarak kullanllâbilmektedir.

BazEörnekIerde, bu tür bir yöntem, bir veya daha fazla seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin, rüzgâr türbini bilesenlerinin digerlerinden zamanla esdeger yüklerde daha fazla birikmis yorulma hasarlEla sahip olup olmadlglllîlogrulamayEl/e bu dogrulamaya bagllîcblarak bir veya daha fazla isletimsel degisiklerin gerçeklestirilmesini içerebilmektedir. Bu yönle uyumlu olarak, bazürüzgâr türbini bilesenlerinin digerlerinden daha fazla yorulma hasar. ugrayabildigi hesaba katHInaktadlEJ Bu, örn., öngörülenlerden daha farklEtlavranan (hafif oranda) rüzgâr türbini bilesenlerinden kaynaklanabilmektedir. Bu tür bilgi, alelisIetIm süsIa mevcut olmaya baslayabilmektedir. Bu tür bir durumda, bir isletimsel degisim, bilesen ve daha fazla hasar gören bilesenler üzerinde yükleri azaltan bir sekilde yapllâbilmektedir. DolayEIîla, bu, rüzgâr türbini bilesenlerinin çogunun büyük oranda aynIZI zamanda kendi ömürlerinin sonuna uIasmasIElbasarabiImektedir.

Simdiye kadar, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri ile hasara ugrayan birikmis yorulma hasarüzamana esdeger yükler olarak örn., tasarIi ömrüne esdeger yüklerin bir yüzdesi olarak ifade edilebilmektedir.

BazEörneklerde, yöntem, zaman. bir periyodu sßsia bir enerji veriminin ölçülmesi ve beklenen bir enerji verimi ile zaman. periyodu sßsia enerji veriminin karsllâstlîllmaslü Içerebilmektedir. Yapllâcak isletimsel degisimler bu bilgiyi hesaba katabilmektedir. Bu örneklerde, isletimsel degisimler dolaylgîla sunlardan bir veya daha fazlasi baglü olabilmektedir: birikmis yorulma hasarEiile türbinin isletimsel zamanII karsilâstlEllB1asü bilesenler araleUa birikmis yorulma hasarII karsllâstlElIhaSÜ/e beklenen verim ile ölçülen verimin karsilâstlElBrasD BazEUurumIarda, kendi tasarIi ömürleri bakIiIan seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin benzer sekilde davrand[glElbqunabiImektedir, aynüsdeger yüklere ugramaktadlülar. Bu baklSI aç-an, bir isletimsel stratejiye uyum saglamasEliçin bir bileseni digeri üzerine tercih etmeye gerek olmayabilmektedir. Bununla birlikte, rüzgâr türbininin enerji verimi için bekleneni üretmedigi aynlîtamanda bulunursa, daha sonra rüzgâr türbininin isletimi, enerji verimini arttünak amaclýla degistirilebilmektedir. AynlIl zamanda, yorulma hasarEl arttlEllâbiImektedir ancak bu, planlanan durumlarda gerekli sekilde önemli olmayabilmektedir.

Bazlîörneklerde, ölçüm periyodu 1 dakika ila 5 dakika, opsiyonel olarak 1 dakika ila 3 dakika, ve opsiyonel olarak ortalama 100 saniye olabilmektedir. Bu tür zaman pencerelerinin, birikmis yorulma hasarII hesaplanmasIEyeterince güvenilir yapmak için yeterli bilgiyi yakalamak amaclýla yeterince uzun oldugu bulunmustur. Aynüamanda, bu tür zaman pencereleri, örn., isletim sßsia çevrimiçi hesaplamalar@erçeklestirebilmek için yeterince klîiadB BazEörneklerde, yöntem ayrlîia bir degisken hlîlEl'üzgâr türbini için bir tipik egrinin takip edilmesini içerebilmektedir. Birikmis yorulma hasarEive/veya enerji verimi bak“an bir isletimsel degisimin yaplmîasü örn. bireysel yalpalama kontrolünün etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi, ve/veya üst isletim bölgesinde bir istenen deger azalmasII etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi, ve/veya kule yüklerinin azaltißnasiüh yönelik bir yalpalama kontrolünün etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi ve/veya rotor hlîl kontrolünün (örn., ana PID kazanIiIarD] bir parametre ayarII degistirilmesi ve/veya bir güç sIIIiEiiamas etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesini içerebilmektedir. Hem bir güç sIIEIiamasElhem de bir ayar noktasEidüsürme güç egrisini etkilemektedir. AyriEia isletim degisimleri de mümkündür.

Baska bir açlEibn, mevcut tarifname, bir kule, kendi boylamsal ekseni etrafIa kanatlarI dönmesi Için bir rotor göbegi ve birden çok kanat, bir veya daha fazla yalpalama sistemi içeren bir rotor, bir üreteç, ve bir kontrol sistemi içeren bir rüzgâr türbini saglamaktadE Kontrol sistemi, burada açllZlanan yöntemlerin örneklerinin herhangi birini yürütmek için yapllândlEIlBîaktadlEI SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Mevcut tarifnamenin sIlEllaylEDolmayan örnekleri, ekli istemlere referans ile asaglElh açManacaktB burada: Sekil 1, bir rüzgâr türbininin bir tipik güç egrisini örneklendirmektedir; Sekil 2, bir rüzgâr türbininin isletiminin bir yönteminin bir örnegini sematik olarak örneklendirmektedir; ve Sekil 3a ve 3b, slüslýla bir yorulma kontrol modülü ve bu tür bir yorulma kontrol modülünün bir örnegini içeren bir rüzgâr türbini kontrol sisteminin bir örnegini sematik olarak örneklendirmektedir.

AYRINTILI AÇIKLAMA Sekil 1'in güç egrisi daha önce açlKIanmlgtEl Sekil 2, bir rüzgâr türbininin isletiminin bir yönteminin bir örnegini sematik olarak örneklendirmektedir. Bu örnegin rüzgâr türbini, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerindeki yüklerin ölçülmesi için en az bir veya daha fazla sensör içerebilmektedir. Bu tür sensörler örn., gerinim ölçerler ve/veya ivme ölçerler içerebilmektedir. Seçilmis rüzgâr türbini bilesenleri, rüzgâr türbininin performansEiçin önemli olarak düsünülen rüzgâr türbini bilesenleri olabilmektedir. Bir örnekte, seçilmis rüzgâr türbini bilesenleri, örn., rotor kanatlarÇlgöbek, aktarma organlarlIQbir bütün veya bunlari bilesenleri olarak), yalpalama sistemleri ve kule içerebilmektedir. Bu bilesenlerde yüklerin yük göstergelerinin ölçülmesi için sensörler, dogrudan veya bilesenlerde monte edilebilmektedir.

Blokta (10), seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinde seçilmis yükler belirlenebilmektedir. Bir rotor kanadEliçin, örn., bir kelebekleme yönünde ve/veya bir yan açlÇI bu ölçümlerden belirlenebilmektedir. Kule için, bir seçilmis yük, örn., kulenin tabanlEUa ileri geri egilme momenti olabilmektedir. Alternatif olarak, yan egilme momenti kullanllâbilmektedir. Bir aktarma organEiçin, bir rotor milindeki veya bir sanzIian kutusundaki bir konumda bir bükülme yükü kullanllâbilmektedir. Yalpalama sistemleri için, bir yalpalama motorunun bir veya daha fazla yükü kullanllâbilmektedir. Seçilmis bilesenlerdeki seçilmis yükler için verilerin bir zaman serisi böylece elde edilebilmektedir.

Blokta (20), bu tür verinin bir zaman serisi, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri için bir güç spektral yogunluguna dönüstürülebilmektedir. Blokta (30), seçilmis yükler için bir referans güç spektral yogunlugu elde edilebilmektedir. Seçilmis yüklerin bu tür bir referans güç spektral yogunlugu, örn., bir rüzgâr türbini kontrol sisteminin bir belleginden elde edilebilmektedir. Referans güç spektral yogunlugu, karsllâstEIIâbilir rüzgâr kosullarEtiltIa aynElseçilmis yüklerden olabilmektedir. Bu tür rüzgâr kosullarüörn., bir ortalama rüzgâr kosulu ve bir türbülans göstergesi ile karakterize edilebilmektedir.

Blokta (40), rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri için birikmis yorulma hasarlîgerçek PSD ve referans PSD'ye baglEbIarak belirlenebilmektedir. Bu tür bir yorulma hasarEbrn. Lalanne yöntemi (baklEllîJ örn., C. Lalanne, Mechanical vibration and shock, 2002, Taylor ve Francis) veya örn., Dirlik yöntemi (T. Dirlik, Application of computers in fatigue analysis, 1985, University of Warwick) veya bunlar varyasyonlarülullan [Iârak hesaplanabilmektedir.

Bir rüzgâr türbini bileseninin birikmis yorulma hasarII diger rüzgâr türbini bileseni veya kendi beklenen hasarEile karsilâstlîlllîhaslîlçin, birikmis yorulma hasarÇlörn., bir bilesenin ugrad[g]D yükleri gösteren zaman birimleri gibi zamana esdeger yüklerde ifade edilebilmektedir. Bir seçenek, bu bilesenin bir ömrünün bir yüzdesi olarak her bilesen için birikmis yorulma hasarII ifade edilmesidir.

Blokta (50), eger bir veya daha fazla seçilmis rüzgâr türbini bileseni beklenenden daha az veya daha fazla yorulma hasarEb sahip olursa, bir isletimsel degisim gerçeklestirilebilmektedir. Eger bilesenler beklenenden daha fazla yorulma hasarlEb ugrarsa, bir islem degisimi bunu yansIElnak için yapllâbilmektedir. Bir örnekte, bir veya daha fazla seçilmis bilesenin diger bilesenden daha fazla birikmis yorulma hasar. ugraylöl ugramad IglIIZI dogrulamak için yapllâbilmektedir. Isletimsel degisim, digerlerinden daha fazla hasara ugrayan bilesenler üzerinde yükleri azaltmak için seçilebilmektedir.

Ancak eger bilesenler beklenenden daha az yorulma hasar. ugrarsa, daha fazla yük masrafIa enerji verimini arttlElna amacIa isletimsel degisimler yapliâbilmektedir.

Sekil 3a ve 3b, süslîla bir yorulma kontrol modülü ve bu tür bir yorulma kontrol modülünün bir örnegini Içeren bir rüzgâr türbini kontrol sisteminin bir örnegini sematik olarak örneklendirmektedir.

Sekil 3a'da, bir rüzgâr türbini kontrol sistemi, bir degisken hlîlüiüzgâr türbini için örn., farkIEl isletimsel amaçlar ile farklEisletimsel aralilZJarEiçeren bir güç egrisini takiben bir “klasik” kontrol uygulayabilmektedir. Örnegin, üst nominal isletim bölgesinde, bir amaç, bir adi aç-IZLiyarlayarak büyük oranda sabit rotor üzerindeki aerodinamik torku koruyarak rotor h-Ebüyük oranda sabit tutmaktlîl(üreteç). Bir ikinci isletimsel araliKta, bir amaç, bir ideal kanat ucu hlZoranlElümrumak için bir (üreteç) rotor h_ üreteç torkunun uyarlanmaslýla aerodinamik torkun maksimuma çiElartlBiasIlE Kontrol sistemi (100), dolayisiyla bir istenen degere ulasmak için çesitli rüzgâr türbini sistemlerini (120) (örn., yalpalama tahrik sistemleri, üretecin dönüstürücüleri) kontrol edebilmektedir. Bir geri besleme döngüsü, rüzgâr türbininin istenen degerini çallgtlElEl çallgtlîrlnadglIEl/e eger çallStlEinazsa kontrole uyum saglaylöl saglamad[g]IElsürekli olarak ölçmek için birlestirilebilmektedir.

Kontrol sisteminin girislerinden biri bir yorulma kontrol modülü (110) olabilmektedir. Sekil 3a'da, yorulma kontrol modülü (110), kontrol sisteminden (100) ayrüilarak resmedilmektedir ancak bunun bir parçaslölüblusturabilmektedir. Yorulma kontrol modülü, bir veya daha fazla rüzgâr türbini bileseninde birikmis yorulma hasarEbaknIEUan kontrol sisteminin bir ayarEI veya bir kontrol sisteminin bir amaci uyabilmektedir.

Bu tür yorulma hasarürüzgâr türbini sistemleri / bilesenlerine veya üzerine monte edilen sensörlerin (130) ölçümlerinden belirlenebilmektedir.

Sekil 3b'de sematik olarak, bir yorulma kontrol modülünün (110) bir örnegi örneklendirilmektedir. Sensörlerden, bir zaman alanEUa yüklerin verisi elde edilebilmektedir.

Bu tür veriden, bir seçilmis rüzgâr türbini bileseninin karsiElEl gelen yükünün bir gerçek Spektral Güç Yogunlugu (PSD) hesaplanabilmektedir.

Sensörlerin verisinden elde edilmis verilen rüzgâr kosullarElaltEUa, bir referans PSD, aynEl rüzgâr kosullarüle aynßeçilmis rüzgâr türbini bileseni için elde edilebilmektedir.

Gerçek PSD ve referans PSD'ye baglEblarak, frekans alanIaki bir hesaplama, seçilmis rüzgâr türbini bileseninin birikmis yorulma hasarIan yapilâbilmektedir. Bu tür birikmis yorulma hasarübu tür yüklere karslHEl gelen rüzgâr türbininin (opsiyonel olarak ömrün bir yüzdesi olarak) isletimsel zaman Ele hasara esdeger yükler olarak ifade edilebilmektedir. Çesitli rüzgâr türbini bilesenleri için birikmis yorulma hasarEibir kere belirlendiginde, bir örnekte, bir ilave kontrol stratejisi açllâbilmektedir veya kapatiiâbilmektedir. Bir degisken hlîlü rüzgâr türbininin bir klasik kontrol stratejisinin parçasiEBJIusturmayan bir ilave bu tür kontrol stratejisi örn., bir LIDAR gibi örn., bir bireysel yalpalama kontrolü olabilmektedir. Bu tür bir bireysel yalpalama kontrolünün bir etkisi, bir yalpalama sisteminin daha sonra yü'anabilmesidir. AynEizamanda kanat yükleri, azaltilâbilmektedir, böylece kanatlar daha uzun dayanabilmektedir.

Açiiâbilen veya kapanabilen bir kontrol stratejisinin diger örnegi, bir istenen deger azalmasIEl Bir istenen deger azalma stratejisi, verilen bir rüzgâr h-a baslayarak üst nominal isletim bölgede hem rotor hiîljiem de üretilen gücün azalmaslüiüçermektedir. Bir etki, tüm yüklerin azaltilâbilmesi ancak daha az elektrik gücünün üretilmesidir.

Bir kontrol stratejisinin etkin hale getirilmesi veya etkisizlestirilmesinden bagnsiîl olarak zaten uygulanmlgi olan stratejinin ayrlEtllârÇi örn. bir PID kontrolündeki kazanIiIarI degistirilebildigi gibi degistirilebilmektedir. Örnegin, rotor h-I (üreteç) bir hata degerine baglEbIarak bir PID kontrolünde, bu ayriEtilâr örnegin düsük kazanilara sahip “yumusak” kontrol, yüksek kazanIiIara sahip “SIKIZI kontrol ve bir "standart” kontrole sahip olabilmektedir. Daha yüksek kazanIilar ile aktüatörler, bir istenen degeri korumasümaclýla daha reaktif olmaktadlîiiar. Bu, daha fazla yorulma yüküne yol açabilmektedir, ancak daha yüksek bir enerji üretimini saglayabilmektedir.

Yorulma kontrol modülünün (120) sonucu, sekil 3a'da sematik olarak örneklendirildigi gibi kontrol sistemi (110) içinde giris olarak görev yapabilmektedir. Sonuç olarak, rüzgâr türbininin isletimi etkilenebilmektedir.

Bir rüzgâr türbininin isletiminin bir yönteminin baska bir örnegi, asag-ki tablo 1'de çizilen çesitli senaryolara göre örneklendirilebiImektedir.

Tablo 1: farkll3enaryolar TasarlBi Senaryo #1 Senaryo #2 Senaryo #3 Senaryo #4 OrganlarE Tablo 1, birkaç seçilmis rüzgâr türbini bileseni için, bu bilesenlerin birkaç sanal senaryo için kendi teorik kalan ömrünün bir yüzdesi olarak kalmlg olan ömrünü (yorulma bakilEtlan) göstermektedir. Eger 5 yilIiKJ isletimden sonra bir bilesenin bir ömrü 20 yiÜise, teorik olarak kalan ömür 15 yIlB Senaryo 1'de, %90, kule Için gösterilmektedir. Bu, 5 yiEIsonra biriken hasar bakIiIan kulenin kalan 15 yllâ sahip olmadfglÇlancak bunun yerine 15 y. %90'nlEb sahip oldugu anlam. gelmektedir. AynElsenaryoda, kanatlar, göbek, aktarma organlarIZl/e yalpalama sistemleri, kendi beklenen kalan ömrünün %100'üne sahip olmaktadiEi Tablo 1'de, beklenen y[I]]]ZI enerji veriminin bir yüzdesi olarak YUJJKI Enerji Verimi (AEY), farkIEI senaryolarlEi birkaçüçin de gösterilmektedir.

TasarIi senaryosu için, rüzgâr türbini bilesenlerinin her biri, kendi beklenen mevcut ömrünün %100'üne sahiptir ve Y[I]]]Zl Enerji Verimi beklenen enerji verimine esittir. Bunun gibi, hiçbir isletimsel degisimin yapilîhaslöla gerek yoktur.

Senaryo 1'de, kule, diger seçilen bilesenlerden daha fazla yorulma hasar. ugramlstlü Enerji verimi, beklenen enerji verimine karsÜJKI gelmektedir. Bu senaryoda, bir durumda, kule yüklerini hesaba katan bir yalpalama stratejisi etkinlestirilebilmektedir. Dolaylglîla, bir yalpalama kontrolü, uygun bir sekilde kanatlar üzerinde torku uyarlayarak, kulede ileri geri salIIilarElazaltmak için kullanilâbilmektedir (yalpalama yardnlýla). Yalpalama kontrolünü sönümlendiren kule stratejisi dolaylîlîla bir veya daha fazla rüzgâr türbini bileseninin birikmis yorulma hasarlZibakiIan seçici bir sekilde, özellikle de göreceli olarak kuleye yüksek birikmis hasar ve diger bilesenlere daha az hasar bak an etkinlestirilebilmektedir.

Ilaveten, senaryo 1'de, rotor (üreteç) h-I bir “yumusak kontrolü” uygulanabilmektedir.

DolayElýla bir yumusak kontrol, bir istenen deger etrafIa rotorun h-I daha az zorlayiEIZI bir kontrolüdür. Çok zorlaylEEliiir hlîlkontrolü, yalpalama sistemi sürekli olarak degisen rüzgâr kosullar. uyum saglamak için görev yaptigiüblan dolayEisaha önceden deginilen ileri geri salIIIarEbasIatabilmektedir. Bu varyasyonlar rotor kanatlarEi/e dolayiîlýia ileri geri bir bükülme hareketi üzerindeki güç üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

Senaryo 2'de, kanatlar. ve göbegin, diger aktarma organEbiIesenleri (rotor mili, sanzIian kutusu, üreteç), yalpalama sistemleri ve kuleden daha fazla yorulma hasar. ugrad[g]|:l görülebilmektedir. Bu tür bir duruma yaniiîl olarak, bir örnekte, diger kontrol stratejisi etkinlestirilebiImektedir: bireysel yalpalama kontrolü (IPC). Bireysel yalpalama kontrolü, özellikle örn., rüzgâr degisimi gibi rotor süpürme alanEiçinde benzerlikleri dengelemek için uygulanabilmektedir. Bir rotor kanadII tek bir dönmesinde farklllâsan rüzgâr kosullarlEb adi aç-üliyarlayarak, kanatlar ve göbek önemli oranda daha az hasara ugrayabilmektedir.

Ayri Bamanda, rüzgâr türbininin enerji veriminin zarar görmesine gerek yoktur.

AyrlEb, bu senaryoda, bu tür bir kontrol stratejisi, çesitli bilesenlerin birikmis yorulma hasarlZl bakIiIan seçici bir sekilde etkinlestirilebilmektedir ve etkisizlestirilebilmektedir. Zamanda bir sonraki noktada, yalpalama tahriklerinin birikmis yorulma yüklerine sahip oldugu bulunmustur, kanatlar ve göbek daha az hasara ugramasi ragmen, IPC stratejisi etkinlestirilebilmektedir.

Senaryo 3'te, kule, kanatlar ve göbegin önemli oranda beklenenden daha fazla yorulma hasarlEla ugradig'ilîgörülebilmektedir. AyrEla aktarma organlarEbilesenleri beklenenden daha fazla hasara ugrarken (ancak kule, göbek ve kanatlardan daha az), yalpalama sistemleri beklenenlere göre gerçeklestirilmektedir. Senaryo 3'te, ayrlîb elektrik gücü üretiminin asagü beklentiler oldugu ayrlEla görülebilmektedir. Bu durumlarda, daha fazla elektrik gücü üretimi kazanmak için göbek, kanatlar ve kule üzerindeki yüklerin azaltiiiiaslîl çok önemli olabilmektedir. Bu tür bir durumda etkinlestirilebilen olasEibir strateji, örnegin, nominal gücün azaltIIgiEigüç egrisindeki bir modifikasyon gibi bir güç sIlEiiamasElveya gerilim oranII azaltlißîasllü Bu, kanatlarI daha fazla yalpalama gerektirmektedir, böylece aerodinamik tork ayrEla, tüm üst nominal isletim bölgesi için azaltilBiaktadlEl Yalpalama sistemleri, bu senaryoda seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin en iyi kosuludur, böylece daha fazla yalpalama bir problem olmamaktadlü Senaryo 4'te, tüm belirtilen rüzgâr türbini bilesenleri birikmis yorulma hasarEbakIiIan kalan ömürlerinden daha fazla ömre sahiptirler. Bununla birlikte, bu senaryoda, rüzgâr türbininin beklenen kadar enerji/elektrik gücü üretmedigi görülebilmektedir. Bu tür bir duruma örnek bir yaniü bir “5th kontrolü uygulanmasEblabilmektedir. Rotor (üreteç) h-I bir PID kontrol yöntemindeki kazannlar arttlîllâbilmektedir, böylece teorik bir güç egrisi daha yak-an takip edilmektedir. Bu, yalpalama tahrikleri ve kanatlar ile göbek üzerinde daha fazla yüklere yol açmaktadlü ancak bunlar kabul edilebilir olabilmesi için yeterince hasara ugramamlglardEI Tüm bu farklElsenaryolarda, seçilmis bilesenlerin yorulma durumu eszamanllîlolarak belirlenebilmektedir ve elektrik güç üretimi, rüzgâr türbininin isletimine uymak için hesaba katllâbilmektedir. Isletimin uyumu bir spesifik kontrol stratejisinin etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesini içerebilmektedir ve/veya örnegin zaten var olan ve uygulanmlglstratejinin daha sllZElveya daha az sllZEluyguIamasElgibi mevcut kontrol stratejisinin bir uyumunu içerebilmektedir.

Sadece birkaç örnegin burada açliganmasliîa ragmen, bunlarI diger alternatifleri, modifikasyonlarÇl kullanIiIarEl/e/veya esdegerleri de olasIE Buna ek olarak, açllZlanan örneklerin tüm olasEkombinasyonIarEUa kapsanmaktadE Dolaylglýla, mevcut tarifnamenin kapsamlîözel örnekler ile sIIlEIlandlEllB1amalB ancak sadece takip eden Istemlerin uygun bir sekilde okunmaslýla belirlenmelidir.

Seçilmis rüzgar türbini bilesenlerinde yüklerin A 10 ölçülmesi VPSD'nin hesaplanmaslîi N Birikmis yorulma hasarIEI belirle A 40 Bir isletimsel degisimin #A gerçeklestirilmesi SO Rüzgar Türbini ve Kontrol Sistemi Istenen deger ` Sistemi Sistemi i 1 00 Yorulma Kontrol .Se'nsi'îr N / Modülü 1' (Gieriiiim olçer, 1 3 O Sekil 3a Yorulma kontrol modülü 120 BASLANGIÇ (WT SENSÖRÜ) Güç Spektral Yogunlugunu Hesapla Referans PSD PSD (Model) Frekans Bazli] Yorulma Hesaplamasü Farkli! Ekstra Kontrol Açma Kontrol çEBSIEI Stratejisi Hesapla Egiml Tork AÇMA/KAPAMA Ekstra Stratejisi (örn., Kazan IEi (Referans hatt ü denetleyicisi)

Claims (15)

ISTEMLER

1. Bir rüzgâr türbininin çaliIsllEllBialeb yönelik yöntem olup, rüzgâr türbini, seçilmis bir veya daha fazla rüzgâr türbini bilesenindeki yüklerin belirlenmesine yönelik bir veya daha fazla sensör içermektedir, yöntem, bir ölçüm periyodu sÜsIa bir birinci rüzgâr kosulu altia, seçilmis rüzgâr türbinindeki yüklerin belirlenmesini, ölçüm periyodu sßaslda, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri için seçilmis bir veya daha fazla yükün bir gerçek güç spektral yogunlugunun hesaplanmasIÇI birinci rüzgâr kosulu ile karsllâstlîllâbilir olan bir rüzgâr kosulu altIa, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri için seçilmis yüklere yönelik bir referans güç spektral yogunlugunun elde edilmesini, gerçek güç spektral yogunluguna ve referans güç spektral yogunluguna baglüolarak, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri Için zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarII belirlenmesini, zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarII kabul edilebilir lelElbr içinde olup olmadglllü, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri için dogrulanmaslüve olumsuz bir sonuç durumunda bir veya daha fazla isletimsel degisimin gerçeklestirilmesini içermektedir. .

Zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarII kabul edilebilir sIlEIiar içinde olup olmadEgJIIEl, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri Için dogrulanmasIlEl, zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarIlEl, rüzgâr türbininin çalismis] oldugu zamana büyük oranda karslIJE gelip gelmediginin dogrulanmasIEFçerdigi, istem l'e göre yöntem. .

Bir veya daha fazla isletimsel degisimin gerçeklestirilmesinin, seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden en az birinin zamana esdeger yüklerdeki birikmis yorulma hasarlEllEl, en az bir diger rüzgâr türbini bileseni ile karsilâstlEliIhasIlZlve birikmis yorulma hasarII karsllâstlElüiasI en azüldan klîlnen baglEblarak, bir veya daha fazla isletimsel degisimin gerçeklestirilmesini içerdigi, istem 1 veya Z'ye göre yöntem. .

Bir veya daha fazla isletimsel degisimin gerçeklestirilmesinin, bir zaman periyodu süresince bir enerji veriminin ölçülmesini, ve zaman periyodu süresince olan enerji verimi ölçümü ile bir beklenen enerji veriminin karsilâstlElBwlelDve enerji verimi ölçümü ile beklenen enerji veriminin karsllâstlîlliiaslüh en azIan klgmen baglüilarak, bir veya daha fazla isletimsel degisimin gerçeklestirilmesini içerdigi, istemler 1 ila 3'ten herhangi birine göre yöntem. .

Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerindeki yüklerin büyük oranda kesintisiz sekilde ölçüldügü, istemler 1 ila 4'ten herhangi birine göre yöntem. .

Ölçüm periyodunun 1 dakika ila 5 dakika, opsiyonel olarak 1 dakika ila 3 dakika, ve opsiyonel olarak yaklasllîl 100 saniye oldugu, istemler 1 ila 5'ten herhangi birine göre yöntem. .

Rüzgâr türbininin bir kule, bir rotor göbegi ve birden çok kanat içeren bir rotor, kanatlar. kendi boylamsal eksenleri etrafIda döndürülmesi için bir veya daha fazla yalpalama sistemi, bir üreteç, ve üretecin göbege isletimsel olarak baglanmasEiçin opsiyonel olarak bir rotor mili ve bir sanznan kutusu içerdigi, istemler 1 ila 6'dan herhangi birine göre yöntem. .

Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden birinin kule oldugu, ve seçilmis yüklerin kulenin bir tabanlEUaki bir egilme momenti, opsiyonel olarak kulenin tabanlEtla bir ileri-geri egilme momenti içerdigi, istem 7'ye göre yöntem. .

Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden birinin rotor göbegi oldugu, ve seçilmis yüklerin bir göbek egilme momenti içerdigi, istem 7 veya 8'e göre yöntem.

Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden birinin bir rotor kanadübldugu, ve seçilmis yüklerin kelebekleme yönündeki bir egilme momenti ve/veya bir yan egilme momenti içerdigi, istemler 7 ila 9'dan herhangi birine göre yöntem.

Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinin, yalpalama sistemleri ve/veya rotor mili ve/veya üreteçten birini içerdigi, istemler 7 ila 10'dan herhangi birine göre yöntem.

Istemler 1 ila 11'den herhangi birine göre yöntem olup, burada isletimsel degisimler asagIkilerden birini veya daha fazlaslüçermektedir: - bireysel yalpalama kontrolünün etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi -kule yüklerinin azaltilîhasüiçin bir yalpalama kontrolünün etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi - bir güç sIIIIBlamas etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi.

13. Istemler 1 ila 12'den herhangi birine göre yöntem olup, asagidakileri Içermektedir bir rüzgâr h-lEl bir fonksiyonu olarak rüzgâr türbinin isletimini açllaayan bir güç güç egrisi, nominal rüzgâr hlZültIaki rüzgâr hlîlarlîlçin bir alt nominal isletim bölgesi ve bir nominal rüzgâr hlîEüzerindeki rüzgâr hlîlarEiçin bir üst nominal isletim bölgesini içermektedir, ve burada alt nominal isletim bölgesinde, kanat adli açlgtlbüyük oranda sm esittir, ve burada bir üreteç torku degiskendir, alt nominal isletim bölgesi, bir birinci isletimsel aralllg bir ikinci isletimsel aralllZl ve bir üçüncü isletimsel aralllZJiçermektedir, burada birinci isletimsel aralllZl devreye giren bir rüzgâr h-an bir birinci rüzgâr h- uzanmaktadlü burada bir rotor hEEIiiir birinci degerde büyük oranda sabit tutulmaktadlîl ikinci isletimsel arallKl birinci rüzgâr h-an bir ikinci bir rüzgâr h_ uzanmaktadlü burada hem rotor hlîühem de üreteç torku, rüzgâr h-I bir fonksiyonu olarak degismektedir, ve üçüncü isletimsel aral[El ikinci rüzgâr h-an nominal rüzgâr h_ uzanmaktadlîJ burada rotor hlîübir Ikinci degerde büyük oranda sabit tutulmaktadlû ve üst nominal bölge, rotorun bir aerodinamik torkunun, adli aç-I degistirilmesi vasltâslîla büyük oranda sabit tutuldugu bir dördüncü isletimsel aralilZJiçermektedir.

14. Istem 13'e göre yöntem olup, burada isletimsel degisimler asaglîîlakilerin birini veya daha fazlasIEibermektedir: - üst nominal isletim bölgesinde bir istenen deger azalmasiEllEl etkinlestirilmesi veya etkisizlestirilmesi - üst nominal isletim bölgesinde bir PID rotor hlîEkontroIünün bir parametre ayarII degistirilmesi.

15.Birinci rüzgâr kosulunun, ortalama bir rüzgâr hlîEIve türbülansI bir karakteristik göstergesini Içerdigi, istemler 1 ila 14'ten herhangi birine göre yöntem. Seçilmis rüzgâr türbini bilesenlerinden her biri için seçilmis yüklere yönelik referans güç spektral yogunlugunun, rüzgâr türbininin bir belgelendirmesi leasIaki simülasyonlara ve ölçümlere bagIlIchugu, istemler 1 ila 15'ten herhangi birine göre yöntem. Bir kulu, bir rotor göbegi ve birden çok kanat içeren bir rotor, kanatlar. kendi boylamsal eksenleri etraflEtla döndürülmesi için bir veya daha fazla yalpalama sistemi, bir üreteç ve kontrol sisteminin, istemler 1 ila 16'dan herhangi birine göre olan yöntemlerden herhangi birinin yürütülmesi için yapüând-[gllîlbir rüzgâr türbini.