Испытания ради будущего
Быстрое развитие ветроэнергетики обуславливает рост числа ветряных турбин в Соединённых Штатах. Теперь задача заключается в том, чтобы обеспечить максимальный срок их службы.
Во время своего недавнего визита в Индию инженер SKF Даянанда Раджу по пути к руинам древнего города Хампи (XIV век) проезжал окрестности Бангалора. Он обратил внимание на множество ветроустановок, расположенных на вершинах холмов. Ещё 10 лет назад такое зрелище было редкостью в Южной Индии. С тех пор здесь, как и в других регионах мира, объёмы производства энергии ветра значительно возросли.
«Возобновляемые источники энергии – это одно из двух основных направлений, в которых работает компания SKF», – рассказывает Раджу, руководитель технической службы, подразделение SKF USA по возобновляемым источникам энергии, Лансдейл, Пенсильвания.
Раджу руководит проектом SKF и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Колорадо по изучению особенностей работы узлов ветряных турбин в различных условиях. Цель участия SKF в данном проекте заключается в изучении повреждений и отказов подшипников для оптимизации подшипниковых узлов.
Джонатан Келлер
Cтарший инженер, NREL.
Согласно прогнозу аналитической компании IHS Markit, опубликованному в сентябре 2018 года, ветроэнергетические мощности США, которые сейчас составляют около 100 000 МВт, в течение ближайшего десятилетия вырастут на 50 %. «За последние семь лет в США значительно возросло количество ветроэнергетических установок, и это не может не радовать», – говорит Джонатан Келлер, старший инженер Национального центра по исследованию энергии ветра (NWTC) в NREL, Боулдер, Колорадо.
Тем не менее, хорошие новости для возобновляемой энергетики омрачаются ростом эксплуатационных расходов по мере устаревания оборудования.
Вопрос надёжности становится особенно актуальным для владельцев и операторов, ответственных за эксплуатационную готовность ветроустановок.
Джонатан Келлер, старший инженер, NREL
«В течение нескольких лет рыночная стоимость эксплуатации и техобслуживания превысит рыночную стоимость продажи новых турбин, – продолжает Келлер. – И по мере установки всё большего количества генераторов, на их эксплуатацию и техобслуживание приходится тратить всё больше денег. Очень важно обеспечить бесперебойную работу такого оборудования в течение не менее 30 лет. Вопрос надёжности становится особенно актуальным для владельцев и операторов, ответственных за эксплуатационную готовность ветроустановок».
Несмотря на то, что турбины новых конструкций зачастую превосходят по своим характеристикам устаревающее оборудование, наиболее разумным подходом является получение максимальной прибыли от первоначальных инвестиций за счёт продления срока службы оборудования, находящегося в эксплуатации. Это позволяет владельцам сэкономить средства на разработку и установку дорогостоящего нового оборудования.
«Основное требование при проектировании состоит в том, что и редуктор, и подшипник главного вала должны прослужить более 20 лет. Владельцы ветроустановок учитывают данный критерий при разработке своих финансовых моделей, – рассказывает Келлер. – Таким образом, вместе мы пытаемся выяснить, что приводит к расхождениям между расчётным и фактическим сроками службы».
Центр NWTC находится в предгорьях Скалистых гор. Это стратегически удачное место, поскольку благодаря сильным порывам ветра здесь можно исследовать перспективы выработки ветряной энергии в высокогорье и на равнинах. Температура здесь колеблется от 40 °C летом до –30 °C зимой, а скорость ветра порой достигает 160 км/ч. «На испытательном полигоне нас больше интересует не максимальная скорость ветра, а возможность работы с широким диапазоном скоростей в течение относительно короткого времени», – говорит Келлер.
Для соответствия этим условиям SKF поставила оптимизированный сферический роликоподшипник, модифицированные для данного проекта корпуса подшипников и уплотнения, аппаратное и программное обеспечение для мониторинга состояния, а также автоматическую систему смазывания. Новая трансмиссия была установлена на ветряной турбине NREL в декабре 2017 года, и оборудование прошло вторую серию ветровых испытаний (с октября 2018 г. по апрель 2019 г.) с целью получения данных для тщательного анализа в течение последнего года проекта.
Эффективное использование времени и ресурсов поможет выработать необходимое решение. «У нас есть схожие, но всё же различающиеся наборы инструментов, благодаря чему мы можем изучить эффективность работы каждого из них», – добавляет Келлер.
Результат принесёт пользу обеим сторонам: NREL добьётся снижения цены на выработку энергии, а SKF получит возможность проверить в деле модифицированный сферический роликоподшипник для ветряных турбин.
«Цель нашей работы в данной отрасли – обеспечить надёжную выработку энергии для конечных пользователей», – говорит Раджу.
Келлер пришёл в NREL в 2011 году после 10 лет работы в Инженерных войсках США: «Я бы не ушёл из армии, если бы не осознавал важность возобновляемых источников энергии. Когда существует возможность внести хотя бы небольшой вклад в их развитие, это кажется мне достойной точкой приложения усилий».
