بهینه‌سازی عملکرد توربین بادی با راهکارهای حسگر

توربین‌های بادی یک جزء کلیدی در گذار جهان به سوی انتشار صفر خالص هستند. در اینجا به فناوری حسگری که عملکرد ایمن و کارآمد آن را تضمین می‌کند، نگاهی می‌اندازیم.
توربین‌های بادی عمر مفید ۲۵ سال دارند و حسگرها نقش کلیدی در تضمین رسیدن توربین‌ها به طول عمر مفیدشان دارند. این دستگاه‌های کوچک با اندازه‌گیری سرعت باد، لرزش، دما و موارد دیگر، عملکرد ایمن و کارآمد توربین‌های بادی را تضمین می‌کنند.
توربین‌های بادی همچنین باید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند. در غیر این صورت، استفاده از آنها نسبت به استفاده از سایر اشکال انرژی پاک یا حتی انرژی سوخت فسیلی، کمتر عملی تلقی خواهد شد. حسگرها می‌توانند داده‌های عملکردی را ارائه دهند که اپراتورهای مزرعه بادی می‌توانند از آنها برای دستیابی به اوج تولید برق استفاده کنند.
اساسی‌ترین فناوری حسگر برای توربین‌های بادی، باد، ارتعاش، جابجایی، دما و تنش فیزیکی را تشخیص می‌دهد. حسگرهای زیر به ایجاد شرایط پایه کمک می‌کنند و زمانی که شرایط به طور قابل توجهی از حالت پایه منحرف می‌شوند را تشخیص می‌دهند.
توانایی تعیین سرعت و جهت باد برای ارزیابی عملکرد مزارع بادی و توربین‌های بادی بسیار مهم است. عمر مفید، قابلیت اطمینان، عملکرد و دوام، معیارهای اصلی هنگام ارزیابی حسگرهای مختلف باد هستند.
بیشتر حسگرهای باد مدرن مکانیکی یا اولتراسونیک هستند. بادسنج‌های مکانیکی از یک فنجان و پره چرخان برای تعیین سرعت و جهت استفاده می‌کنند. حسگرهای اولتراسونیک پالس‌های اولتراسونیک را از یک طرف واحد حسگر به گیرنده‌ای در طرف دیگر ارسال می‌کنند. سرعت و جهت باد با اندازه‌گیری سیگنال دریافتی تعیین می‌شود.
بسیاری از اپراتورها سنسورهای باد اولتراسونیک را ترجیح می‌دهند زیرا نیازی به کالیبراسیون مجدد ندارند. این امر به آنها اجازه می‌دهد تا در مکان‌هایی که تعمیر و نگهداری دشوار است، قرار گیرند.
تشخیص ارتعاشات و هرگونه حرکتی برای نظارت بر یکپارچگی و عملکرد توربین‌های بادی بسیار مهم است. شتاب‌سنج‌ها معمولاً برای نظارت بر ارتعاشات درون یاتاقان‌ها و اجزای چرخان استفاده می‌شوند. حسگرهای لیدار اغلب برای نظارت بر ارتعاشات برج و ردیابی هرگونه حرکتی در طول زمان استفاده می‌شوند.
در برخی محیط‌ها، اجزای مسی مورد استفاده برای انتقال نیروی توربین می‌توانند مقادیر زیادی گرما تولید کنند که باعث سوختگی‌های خطرناک می‌شود. حسگرهای دما می‌توانند اجزای رسانا را که مستعد گرمای بیش از حد هستند، رصد کنند و از طریق اقدامات عیب‌یابی خودکار یا دستی از آسیب دیدن جلوگیری کنند.
توربین‌های بادی به گونه‌ای طراحی، تولید و روانکاری می‌شوند که از اصطکاک جلوگیری کنند. یکی از مهمترین نواحی برای جلوگیری از اصطکاک، اطراف محور محرک است که این امر در درجه اول با حفظ فاصله بحرانی بین محور و یاتاقان‌های مرتبط با آن محقق می‌شود.
سنسورهای جریان گردابی اغلب برای نظارت بر "لقی یاتاقان" استفاده می‌شوند. اگر این لقی کاهش یابد، روانکاری کاهش می‌یابد که می‌تواند منجر به کاهش راندمان و آسیب به توربین شود. سنسورهای جریان گردابی فاصله بین یک جسم و یک نقطه مرجع را تعیین می‌کنند. آنها قادر به تحمل مایعات، فشار و دما هستند و همین امر آنها را برای نظارت بر لقی یاتاقان در محیط‌های سخت ایده‌آل می‌کند.
جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها برای عملیات روزانه و برنامه‌ریزی بلندمدت بسیار مهم است. اتصال حسگرها به یک زیرساخت ابری مدرن، دسترسی به داده‌های مزرعه بادی و کنترل سطح بالا را فراهم می‌کند. تجزیه و تحلیل‌های مدرن می‌توانند داده‌های عملیاتی اخیر را با داده‌های تاریخی ترکیب کنند تا بینش‌های ارزشمندی ارائه دهند و هشدارهای عملکرد خودکار ایجاد کنند.
نوآوری‌های اخیر در فناوری حسگرها نویدبخش بهبود بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و بهبود پایداری هستند. این پیشرفت‌ها مربوط به هوش مصنوعی، اتوماسیون فرآیند، دوقلوهای دیجیتال و نظارت هوشمند است.
مانند بسیاری از فرآیندهای دیگر، هوش مصنوعی پردازش داده‌های حسگر را به میزان زیادی تسریع کرده است تا اطلاعات بیشتری ارائه دهد، کارایی را بهبود بخشد و هزینه‌ها را کاهش دهد. ماهیت هوش مصنوعی به این معنی است که با گذشت زمان اطلاعات بیشتری ارائه می‌دهد. اتوماسیون فرآیند از داده‌های حسگر، پردازش خودکار و کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی برای تنظیم خودکار گام، توان خروجی و موارد دیگر استفاده می‌کند. بسیاری از استارت‌آپ‌ها در حال افزودن محاسبات ابری برای خودکارسازی این فرآیندها هستند تا استفاده از این فناوری آسان‌تر شود. روندهای جدید در داده‌های حسگر توربین بادی فراتر از مسائل مربوط به فرآیند است. داده‌های جمع‌آوری‌شده از توربین‌های بادی اکنون برای ایجاد دوقلوهای دیجیتال توربین‌ها و سایر اجزای مزرعه بادی استفاده می‌شود. دوقلوهای دیجیتال می‌توانند برای ایجاد شبیه‌سازی‌ها و کمک به فرآیند تصمیم‌گیری استفاده شوند. این فناوری در برنامه‌ریزی مزرعه بادی، طراحی توربین، پزشکی قانونی، پایداری و موارد دیگر بسیار ارزشمند است. این امر به ویژه برای محققان، تولیدکنندگان و تکنسین‌های خدمات ارزشمند است.