CC BY
5Заключение. Применение различных сезонно-охлаждающих устройство на ключевых участках дорог обеспечивает сохранность многолетней мерзлоты, что гарантирует устойчивость дорог. Требуется постоянное мониторинговое наблюдение за природно-техническим состоянием геосистемы и своевременно провести необходимые мероприятии по устранению причин негативных процессов.
Анализ данных и подготовка доклада осуществлены за счет гранта Российского научного фонда № 23-61-10032 «Разработка методов гибридного интеллекта для решения задач диагностики состояния объектов инфраструктуры в районах Крайнего Севера на базе высокопроизводительных вычислительных систем».
Литература
1. Пермяков П.П. Математическое моделирование негативных мерзлотных процессов. Новосибирск: СО РАН, 2023. 163 с.
2. Chen R.J., Cheng G.D., Li S.X. Development and prospect of research on application artificial ground freezing // Chinese J. Geotechnical Engineering. 2000. Vol. 22 P. 40-44.
3. Долгих Г.М., Окунев С.Н., Аникин Г.В., Стрижков С.Н., Власов В.Ф. Тепломассо-перенос в вертикальных охлаждающих трубах систем ВЕТ при работе на аммиаке // Материалы IX Международного симпозиума проблемы инженерного мерзлотоведения (3-7 сентября 2011, г. Мирный). Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2011, С. 285-287.
4. Вельчев С., Окунев С., Рило И. Сохраняя вечное - строим будущее // Нефтегазовая Вертикаль. 2013. № 17. С. 36-39.
5. Пермяков П.П., Варламов С.П., Железняк М.Н. Воздействие вертикального сезонно охлаждающего устройства на тепловлажностный режим грунта // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI, № 1. С. 66-72. DOI: 10.21782/KZ1560-7496-2017-1(66-72).
6. Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Мониторинг теплового режима грунтов Центральной Якутии. Якутск: Изд-во ФГБУН ИМЗ СО РАН; 2021. 156 с.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1-175-178
АНАЛИЗ ОТКАЗОВ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Прохоров Д.В.1, Прохоров В.А.2, Кушнарева К.И.2 1 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск
2 Северо-Восточный Федеральный Университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск
e-mail: [email protected]
Проведен анализ отказов ветроэнергетических установок (ВЭУ) из открытых источников. Выделены причинно-следственные связи происходящих отказов в ВЭУ. На основе этого составлено дерево отказов ВЭУ. Это позволит визуально представить протекание негативных сценариев работы ВЭУ, а также выявить наиболее «узкие места» в работе ВЭУ.
Введение. Энергоснабжение автономных потребителей с использованием возобновляемых источников энергии, в частности энергии ветра, в Арктических районах РФ в некоторых случаях уже сейчас оказывается экономически более целесообразным, чем использование жидкого топлива. Это обусловлено рядом причин, среди которых слабая транспортная освоенность северных и арктических районов, сложная и многозвенная схема завоза топлива, ограниченность сроков сезонного завоза, и, как следствие, многократное удорожание стоимости электроэнергии. В связи с широким использованием ВЭУ в стране и, в частности, в децентрализованной зоне возникает вопрос надежности работы этих установок, выявления агрегатов и систем, где чаще всего происходят отказы в ВЭУ и развитием методов оценки и повышения надежности для этой сравнительно молодой отрасли промышленности.
Ветроэнергетика в Якутии. Первая экспериментальная ветроэнергетическая установка мощностью 250 кВт была смонтирована в Тикси в 2007 году. ВЭУ часто выводилась в ремонт и в 2015 году была разрушена сильным порывом ветра. Разрушение нижней секции башни ВЭУ произошло вследствие движения трещины в основном металле по периметру башни на расстоянии 5-350 мм от нижнего фланцевого соединения башни и фундамента (рисунок 1) [1]. Из-за отказов и неполадок в работе ВЭУ с 25.09.2007 по 19.03.2009 гг. станция не работала 251 день. Отказы и неполадки в работе ВЭУ за 2007-2013 описаны в следующей работе [2].
Рис. 1. Разрушенная ВЭУ TW-250 в п. Тикси [1]
В арктическом поселке Тикси в Якутии ПАО «РусГидро» ввело в эксплуатацию не имеющий аналогов в России ветродизельный комплекс мощностью 3,9 МВт. Ветродизельный комплекс состоит из ВЭУ в арктическом исполнении производителя Komaihaltec Inc. мощностью 900 кВт, дизельной электростанции мощностью 3 000 кВт и системы аккумулирования энергии мощностью 1000 кВт. Новая ВЭУ показала себя с хорошей стороны и продолжает работу по сегодняшнее время.
Отказы в оборудовании ВЭУ. Описание отказов приведено в следующих работах [3-8]. Ниже представлен анализ отказов ВЭУ по данным этих работ.
Структурные повреждения ветроэнергетических установок могут иметь несколько причин:
• некачественные материалы: использование материалов, не соответствующих требуемым стандартам, может ослабить конструкцию и увеличить вероятность ее обрушения;
• неправильный дизайн: если конструкция не рассчитана на то, чтобы выдерживать нагрузки, которым она будет подвергаться, она, скорее всего, выйдет из строя;
• вина персонала: дефицит квалифицированных кадров, либо привлечение к эксплуатации ВЭУ неквалифицированных кадров является одним из ключевых факторов аварийности ВЭУ;
• природные явления: стихийные бедствия, такие как землетрясения, наводнения и ураганы, могут серьезно повредить ВЭУ, либо даже привести к их разрушению. Молнии также являются одним из факторов, способных вызвать серьезные повреждения лопастей ВЭУ.
Для выявления причин возникновения отказов необходима наработанная большая база данных. Сбор статистических данных о сбоях во время эксплуатации ВЭУ затрудняется ограниченностью данных. Производители чаще всего запрещают опубликовывать данные об эксплуатации ВЭУ в открытых источниках.
В данной работе были собраны некоторые данные по отказам ВЭУ из открытых источников. В этой статье приводятся некоторые примеры описания отказов зарубежных исследователей [4, 6]. По этим данным составлены гистограммы отказов ВЭУ в Швеции (рисунок 2) [6] и в Германии (рисунок 3) [4].
Рис. 2. Отказы в работе ВЭУ в Швеции за период 2000-2004 гг.
Рис. 3. Отказы в работе ВЭУ в Германии за период 1990-2006 гг.
По результатам анализа данных по отказам было составлено дерево отказов ВЭУ (рисунок 4). В дальнейшем при расширении базы данных по отказам ВЭУ и выявления новых видов отказов в ВЭУ дерево отказов может быть скорректировано.
Рис. 4. Дерево отказов ВЭУ В таблице 1 показаны возможные причины этих отказов.
Таблица 1. Причинно-следственный анализ для дерева отказов
Компонент Причина отказа
Башня Усталость от ветровой нагрузки или чрезмерная скорость движения ротора оказывают колебательную нагрузку на башню
Поворотное устройство Проблемы с подшипниками, своевременная замена масла
Гидравлическая система Проблемы с подбором масла
Механический тормоз Износ, при непрерывном использовании
Коробка скоростей Слишком сильный поток ветра
Датчики Брак, износ, другие дефекты
Привод Износ, повреждение
Система управления Любой из компонентов может выйти из строя в любой момент
Электрическая система Любой из компонентов может выйти из строя в любой момент
Генератор Превышение скорости из-за отсутствия подключения к сети управления
Лопасти Перегрузка из-за ветровой нагрузки
Узел ротора Постоянное напряжение на фланцах может привести к образованию трещин
Заключение. В работе был проведен сбор статистических данных отказов ВЭУ, некоторые из которых приведены в этой статье. По результатам анализа статистических данных по отказам было составлено дерево отказов ВЭУ. На этой основе были выявлены причинно-следственные связи отказов элементов ВЭУ. Из анализа статистических данных были сделаны следующие выводы:
- в регионах с низкими температурами в качестве материалов мачты должны применяться хладостойкие стали;
- конструкция мачты должна отвечать требованиям необходимой жёсткости, прочности и устойчивости;
- все технические жидкости и смазочные материалы, применяемые в ВЭУ, должны сохранять свои рабочие характеристики при низких температурах.
Работа выполнена в рамках проекта государственного задания FWRS-2024-0031 «Комплексные исследования приоритетов развития энергетики Республики Саха (Якутия) с учетом влияния на окружающую среду и разработка способов, методов повышения энергетической эффективности и надежности локальных энергетических систем в труднодоступных изолированных территорий Севера и Арктики».
Литература
1. Алексеев А.А., Сыромятникова А.С., Иванов А.Р. Основные причины разрушения металлоконструкций в условиях Арктики // Территория Нефтегаз. № 11-12. 2021. С. 64-72.
2. Иванова И.Ю., Ноговицын Д.Д., Тугузова Т.Ф. и др. Ветроэнергетические ресурсы г. Верхоянска Республики Саха (Якутия) и возможность их использования для энергоснабжения // Фундаментальные исследования. № 4-1. 2013. C.30-38.
3. Ciang C. C., Lee J., Bang H. Structural health monitoring for a wind turbine system: a review of damage detection methods // Measurement science and technology. - 2008. - Vol. 19, No. 12. - P. 1-20.
4. Hahn, B. Reliability of wind Turbines-Experience of 15 years with 1,500 WTs, wind energy // Durstewitz, M., Rohrig, K. // In Proc. Euromech Colloquium. - Berlin: Springer, 2007. - Vol. 101.
5. Iqbal, Tariq and Khan, Muhammad Mohsin K. and Khan, Faisal (2004) Reliability Analysis of a Horizontal Axis Wind Turbine. In: 14th Annual Newfoundland Electrical and Computer Engineering Conference (NECEC), October, 2004, St. John's, Newfoundland, Canada.
6. Ribrant J., Bertling L. Survey of failures in wind power systems with focus on Swedish wind power plants during 1997-2005 // IEEE Transactions on energy conversion. - 2007. - Vol. 22, No. 1. - P. 167-173.
7. Study and development of a methodology for the estimation of the risk and harm to persons from wind turbines Prepared by CME Robinson, ES Paramasivam, EA Taylor, AJT Morrison, ED Sanderson & MMI Engineering Ltd (The Brew House; Wilderspool Park; Greenall's Avenue; Warrington WA4 6HL) for the Health and Safety Executive 2013.
8. S0rensen B F, J0rgensen E, Debel C P, Jensen F M, Jensen H M, Jacobsen T K and Hailing K M 2004 Improved design of large wind turbine blade of fibre composites based on studies of scale effects (Phase 1) Summary Report (Ris0-R Report) Ris0 National Laboratory, Denmark.
