Kehittyvä teknologia tuo parannusta tuulivoimaloiden valvontaan ja huollon turvallisuuteen

Tuulivoiman kapasiteetti on kasvanut voimakkaasti viime vuosina. Suomen tuulivoimakapasiteetti ylitti vuonna 2017 kahdentuhannen megawatin rajan. Voimaloiden lisääntyvä määrä aiheuttaa myös haastetta kunnossapidolle – voimalat kun sijaitsevat hajautetusti ja pitkien välimatkojen päässä.

windcontoller

Nykyteknologialla voidaan kuitenkin helpottaa voimaloiden kunnossapitotoimintaa monella tavalla. Nykyaikaisia voimaloita ohjataankin etäyhteydellä pitkien välimatkojen päästä.

Tuulivoimalat toimivat pääasiassa automaattisesti voimalan ohjelmiston turvin. Ohjelmisto säätää esimerkiksi tehoa tuulen voimakkuuden ja puuskaisuuden mukaan sekä voimalan tornin ja siipien huojunnan mukaan näitä aktiivisesti vaimentaen, nykyisin yleisimmin siipikulmaa ja generaattorin vastamomenttia muuttamalla. Tuulen ylittäessä tai alittaessa sallitut raja-arvot, voimala pysähtyy. Jarrutus tapahtuu tavallisimmin siipien avulla hallitusti.

Yksittäisessä voimalassa on tyypillisesti satoja mittauspisteitä: lämpötiloja, asentotietoja, painemittauksia, kiihtyvyysarvoja jne. Mittaustuloksen ollessa sallittujen arvojen ulkopuolella ohjelmisto generoi joko varoituksen tai hälytyksen. Hälytyksiä on useaa eri astetta, toiset hälytykset kuittaantuvat automaattisesti tietyn ajan kuluttua ja mittausarvon palauduttua normaaliksi. Osa hälytyksistä voidaan kuitata etäyhteydellä valvomosta käsin kun on todettu tilanteen olevan kunnossa ja mahdollisesti tehty tarvittavat parametrimuutokset. Osa hälytyksistä vaatii kuitenkin kuittauksen paikallisesti voimalassa, esimerkiksi turvapiirin avautumisen vuoksi. Yleensä tällöin on kyseessä myös varsinainen vika, joka tulee korjata.

Voimaloiden valvontaa 24/7

Voimaloita valvotaan etänä vuorokauden ympäri, 8 760 tuntia vuodessa. Suurimmilla voimalatoimittajilla on omat valvomot, joista käsin voidaan valvoa myös Suomessa sijaitsevia voimaloita. Niinpä esimerkiksi Suomen Lapissa pyörivää voimalaa voidaan valvoa vaikka Espanjasta tai Saksasta käsin. Suomessa ja Euroopassa toimii myös muutamia palveluntarjoajia, jotka voivat hoitaa ammattitaitoisesti tuulivoimaloiden valvonnan ympäri maailmaa.

Tuulivoimaloiden valvontajärjestelmä voi olla voimalakohtainen tai keskitetty. Valvomosta voidaan ottaa yhteys yksittäiseen tuulivoimalaan tai kokonaisen puiston ohjausjärjestelmään. Yhteys on luonnollisesti aina salattu esimerkiksi VPN-tunnelia hyödyntäen. Liityntä voimalaan voi olla esimerkiksi OPC- tai IEC104-protokollan mukainen.

Valvomon ammattitaito ja vasteaika tärkeässä asemassa

Valvomon ammattitaito ja vasteaika on erittäin tärkeä, onhan kyseessä kaukana valvomosta pyörivä toistasataa metriä korkea ja pinta-alaltaan usean jalkapallokentän kokoinen roottori. Erilaisiin vikatilanteisiin löytyy ohjeistukset, ja hätätilanteita varten on oma toimintaohjeensa, jotta tarvittaessa saadaan esimerkiksi pelastushenkilökunta ripeästi hälytettyä paikalle. Tavallisemmissa vikatilanteissakin valvomon tukena tulee olla riittävän ammattitaitoinen tukiorganisaatio, joka kykenee ratkaisemaan erilaisia vikatilanteita nopeasti tuotantokatkosten välttämiseksi.

Tuulivoimalan voimalinjalla (päälaakeri, mahdollinen vaihteisto, generaattori) on yleensä oma erillinen kunnonvalvontajärjestelmänsä. Tyypillisesti järjestelmä on eri kuin voimalan varsinainen ohjausjärjestelmä. Kunnonvalvontaan voi kuulua esimerkiksi muutamia värähtelyantureita vaihteistossa ja päälaakerilla, sekä öljyn laatua tarkkaileva mittari. Järjestelmää käyttävät asiantuntijat joko voimalaa operoivassa valvomossa tai muulla palveluntarjoajalla. Tarkkojen värähtelyanalyysien ja partikkelimittausten avulla pyritään löytämään voimalinjan vikaantumiset ennen kuin voimala joudutaan pysäyttämään. Tarvittaessa kunnonvalvontaa täydennetään paikan päällä tehtävillä endoskopiatarkastuksilla, joita käytetään sekä ennakoivasti että vikatilanteessa määrittämään vaurion tyyppi, sijainti ja laajuus. Komponenteilla on yleensä pitkä toimitusaika, joten hallitsematon vikaantuminen voi aiheuttaa pahimmillaan jopa kuukausien mittaisen tuotantokatkoksen. Lisäksi korkeuden vuoksi on tärkeää pystyä suunnittelemaan korjaukset etukäteen – sataanviiteenkymmeneen metriin nostavia nostureita ei ole ihan joka kylällä. Kunnonvalvontajärjestelmää valvovan henkilön tai organisaation ammattitaito onkin tässä erittäin tärkeää. Ammattitaidosta voi olla osoituksena esimerkiksi ISO 18436-2 standardin mukainen sertifikaatti.

Voimalavalmistajan oman järjestelmän lisäksi viime vuosina ovat yleistyneet erilaiset kolmannen osapuolen SCADA-järjestelmät. Näihin kerätään voimaloiden tuottama raakadata, jota voidaan järjestelmässä analysoida eri tavoin. Voidaan esimerkiksi vertailla voimaloiden tehokäyriä (teho-tuulen nopeus) toisiin samanlaisiin voimaloihin, tai vertailla eri tuulensuuntien vaikutusta tuotantoon.

Teknologialla lisää turvallisuutta tuulivoimaloiden huoltoon

Kehittyvä teknologia on tuonut parannusta myös tuulivoimaloiden huollon turvallisuuteen. Valvomosta saadaan helposti näköyhteys voimalalla oleviin asentajiin videolinkin avulla. Samalla videoyhteydellä voidaan havaita myös vaikka savun muodostuminen konehuoneessa. Tulevaisuudessa luultavasti yleistyvät erilaiset asentajien tai voimalan tarkastajien mukana kulkevat anturit ja kamerat.

Myös tuulivoimaloiden tarkastustoiminta helpottuu teknologian kehittyessä. Esimerkiksi aiemmin ainoa luotettava tapa tarkistaa voimalan siivet oli kiivetä köysien avulla siivelle. Nykyään voidaan jo saada kohtuullisen hyvä tieto siipien kunnosta kuvaamalla siivet dronen avulla, jolloin tarkastuksen aiheuttama tuotantokatkos voi lyhentyä esimerkiksi kahdeksasta tunnista yhteen tuntiin Dronen kuvausteknologiaksi soveltuu riittävän tarkan digikuvan lisäksi mm. lämpökuvaus, mikä voi antaa lisäinformaatiota pintaan asti näkyvien vauroiden lisäksi. Droneteknologia tulee kehittymään tulevina vuosina entisestään, mikä mahdollistaa entistä tarkemmat ja nopeammat tarkastukset.

Kunnonvalvontakin kehittyy

Tuulivoimaloiden kunnonvalvonta on kehittynyt viime vuosien aikana kovaa vauhtia. Ohjausjärjestelmät, kuten muukin tekniikka, on kehittynyt suurin harppauksin viime vuosina. Pitkäjänteisellä kehitystyöllä komponenttien luotettavuutta tuulivoimalan äärimmäisissä olosuhteissa on saatu parannettua huomattavasti. Kuitenkin kehitys jatkossa tulee olemaan luultavasti vieläkin nopeampaa. Tiedonsiirtomahdollisuuksien kehittyminen tulee mahdollistamaan entistä suurempien datamäärien siirtämisen entistä nopeammin. Jatkossa esimerkiksi koneoppivat järjestelmät voivat mullistaa kunnossapidon toiminnan. Tekoälyn oppiessa ennustamaan vikaantumisia kunnossapito painottuu entistä enemmän suunniteltuihin huoltoihin ja korjauksiin. Tuulivoimalle tällä on erittäin suuri merkitys, koska ajoittamalla voimalassa käynnit tuulettomaan aikaan, saadaan tuotantoa parannettua merkittävästi.

Suomen olosuhteissa tuulivoimalan siipien jäätyminen aiheuttaa toisinaan tuotannonmenetyksiä. Tätä asiaa on tutkittu Suomessa ja muissa pohjoismaissa jo vuosia, ja kehitystä onkin tapahtunut paljon. Erilaisilla jäätämisantureilla pystytään toteamaan siipiin kertynyt jää ja jatkossa jopa ennustamaan jäätäminen ennen suurempia vaikutuksia. Lisäksi siipien lämmitysteknologia kehittyy koko ajan mahdollistaen voimaloiden toiminnan myös jäätävissä olosuhteissa.

Vaihteleva tuotanto ja erityisesti sen ennustaminen on ollut pitkään tuulivoiman ongelma ja sen vastustajien argumentti. Luonnollisesti voimalamäärän lisääntyminen parantaa tuotantoennusteiden laatua, koska yksittäisen voimalan tai puiston vikaantuminen ei enää vaikuta tuotantoon niin merkittävästi. Lisäksi voimaloiden luotettavuuden paraneminen helpottaa tilannetta. Ennustetta voidaan kuitenkin jatkossa varmasti parantaa myös hyödyntämällä uusinta teknologiaa, esimerkiksi koneoppivaa järjestelmää. Tästä on jo varsin lupaavia esimerkkejä aurinkovoiman osalta.

Tekstin on kirjoittanut Promaint-lehdelle

Kari Koivikko

Toimitusjohtaja, Wind Controller JV Oy

Uusimmat artikkelit

25.3.2019 | Alan Uutiset

SSAB:n Hämeenlinnan tehtaalle autoteollisuuden IATF 16949:2016 -sertifiointi

DNV GL sertifiointilaitos on arvioinut SSAB:n Hämeenlinnan tehtaan toimintaa. Tehtaalle on myönnetty autoteollisuuden IATF 16949:2016 – sertifikaatti. IATF 16949:2016 -standardissa määritellään autoteollisuuden laadunhallintajärjestelmän vaatimukset.

Fortumin ratkaisu nostaa akkujen kierrätysasteen yli 80 prosenttiin

Yhteiskunnan sähköistyminen lisää tulevaisuudessa merkittävästi tarvetta akuille. Fortum on kehittänyt ratkaisun, jonka ansiosta yli 80 prosenttia sähköauton akusta pystytään jatkossa kierrättämään. Ratkaisu palauttaa akussa olevat arvokkaat metallit kiertoon ja pienentää sähköauton akkujen ympäristörasitusta vähentämällä koboltin, nikkelin sekä muiden harvinaisten metallien louhinnan tarvetta.

Mittava hyökkäys norjalaiseen alumiiniyhtiöön, siirtyy manuaalisiin operaatioihin

Yksi maailman suurimmista alumiinin valmistajista, norjalaisyhtiö Norsk Hydro ASA on tällä hetkellä pahoissa vaikeuksissa maanantaina alkaneiden kyberhyökkäysten vuoksi.

15.3.2019 | Kumppaniartikkeli

Konecranesin asiakasportaali on kunnossapitopalvelun tiedonlähde

Konecranes tuo teollisen internetin edut asiakkaiden ulottuville yourKONECRANES-asiakasportaalin kautta. Asiakasportaali yhdistää laitteiden reaaliaikaisen käyttö- ja kuntotiedon järjestelmällisen kunnossapidon tuottamaan tietoon. Portaalin uusimpana ominaisuutena on online-raportointinäkymä, jonka kautta asiakkaat saavat reaaliajassa tiedot valmistuneesta huollosta digitaalisessa muodossa.

Tamspark tuo esiin additiivisen valmistuksen hybridiratkaisuja Tampereen Advanced Engineering -messuilla

Automaatiosta ja additiivisen valmistuksen hybridiratkaisuista tulee tärkeitä kilpailukeinoja yrityksille, jotka haluavat nostaa tuotantonsa seuraavalle tasolle. Suomalainen 3D-tulostuskoneiden maahantuoja ja toimittaja Tamspark esittelee näitä mahdollisuuksia Tampereella 20.–21.3.2019 järjestettävillä Advanced Engineering -messuilla.

LST Etävalvonta auttaa vähentämään tuotannon hallitsemattomia käyttökatkoja

LST Teollisuuspalvelu esittelee Uusi Teollisuus -messuilla langattoman kunnonvalvontapalvelun LST Etävalvonta -palvelun, joka on tärkeä osa teollisuuden riskienhallintaa.

12.3.2019 | Tutkimus ja koulutus

Konecranes perustaa datalaboratorion Ranskaan

Konecranes ilmoitti perustavansa datalaboratorion Ranskaan Lyonin kaupunkiin. Taustalla on pyrkimys lisätä tuotteiden, palveluiden ja toimintojen digitaalisuutta teollisen internetin hyötyjen valjastamiseksi. Konecranesilla on etävalvonnassa 20 000 laitetta maailmanlaajuisesti ja digitaaliset elinkaarenaikaiset tiedot yli 600 0000 laitteesta. Yhtiöllä onkin vahva usko siihen, että datan hyödyntämiseen perustuva arvonluonti tulee mullistamaan materiaalinkäsittelyteollisuuden.