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

25.6.2019 | Alan Uutiset

”Sellumarkkinoilla normaali korjausliike” – hinta edelleen hyvällä tasolla, sanoo Metsä Groupin Hämälä

Metsä Groupin pääjohtaja Ilkka Hämälä ei kanna suurta huolta sellun hinnan viimeaikaisesta laskusuunnasta, sillä historiallisesti tarkasteltuna hintataso on edelleen ”hyvä”. Nykyinen hintataso ei myöskään vaikuta yhtiön arvioihin uuden Kemiin suunnitellun biotuotetehtaan kannattavuudesta. Varsinainen investointipäätös laitoksesta tehdään kesällä 2020.

Ford hyödyntää tuotannossaan yli miljardi kertakäyttömuovipulloa vuodessa

Autonvalmistaja Ford on löytänyt nerokkaan tavan käyttää uudelleen miljoonia muovipulloja. Jokaisessa yhtiön valmistaman Ford EcoSportin mattojen valmistukseen on käytetty 470 kertakäyttöistä muovista juomapulloa.

19.6.2019 | Tutkimus ja koulutus

Kumppaniverkostoista aiheutuu ongelmia yli 80 % yrityksistä

Kumppaniverkostoista johtuvat toimitusketjujen häiriöt ja liiketoiminnan keskeytykset luovat yrityksille painetta investoida kumppaniverkoston riskienhallintaan. Suomalaista yritysjohtoa huolestuttavat erityisesti kumppaniverkoston vastuullisuus- ja kyberriskit.

Cobotit auttoivat metallisorvaamon kasvuun

Yhteistyörobotti eli cobotti nosti savonlinnalaisen alihankintakoneistamo Ket-Metin kustannuskilpailukykyä roimasti.

llmalämpöpumppumyynnin rajua kasvua ruokki helteinen viime kesä

Lämpöpumppujen myynti Suomessa kasvoi vuoden ensimmäisellä neljänneksellä 47 prosenttia. Eniten rynnivät ilmalämpöpumput lähes 70 prosentin kasvulla, mutta myös maalämpöpumppujen, ilma-vesilämpöpumppujen ja poistoilmalämpöpumppujen myyntiluvut nousivat 10-15 prosenttia. 

Digitalisaatiolla säästöjä asumiskuluihin

Energianhallinnan ja automaation asiantuntija Schneider Electric järjesti eilen Helsingin messukeskuksessa jokavuotisen Innovation Summit -tapahtumansa. Viesti oli selvä: tekoäly ja IoT-tekniikka ovat nyt tulossa teollisuuden lisäksi vauhdilla myös kiinteistöihin säästöjä tuomaan

23.4.2019 | Kumppaniartikkeli

Kolme pointtia kunnossapidon kehittämisestä

Olemme saaneet olla mukana useiden eri organisaatioiden kanssa kehittämässä kunnossapitotoimintaa ja panneet merkille joitakin tärkeitä asioita, jotka ovat edesauttaneet näissä hankkeissa onnistumista. Kerromme tässä kolme asiaa, jotka kannattaa huomioida kunnossapitotoiminnan kehittämiseen tähtäävissä hankkeissa.