Odnawialne i ekologiczne źródła energii można dzisiaj pozyskiwać na wiele sposobów. W wykorzystywaniu przyjaznych środowisku źródeł i komponentów sprzyja między innymi popularyzacja elektromobilności i energetyki wiatrowej. W obu aspektach z powodzeniem można wykorzystywać innowacyjne i nowoczesne rozwiązania oraz zastosowania dedykowane dla produkcji „zielonej” energii elektrycznej.
W dzisiejszych czasach energetyka wiatrowa to wiodący rodzaj produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Elektrownie napędzane siłą podmuchów powietrza powstają we wszystkich strefach klimatycznych. Zarówno obiekty offshore, czyli te zlokalizowane na otwartym morzu, czy te onshore, a więc na wybrzeżach i lądzie, coraz częściej lokalizowane są również w Polsce.
Urządzenia wraz ze swoimi skomplikowanymi instalacjami są jednak często narażone na ekstremalne warunki atmosferyczne, między innymi zróżnicowaną temperaturę czy dużą wilgotność i zasolenie. Wobec powyższego fundamentalne znaczenie dla właścicieli elektrowni wiatrowych ma wysoka bezawaryjność. Konserwacje, naprawy czy wymiana elementów są niezwykle czasochłonne i bardzo kosztowne.
Mądra inwestycja
Energetyka wiatrowa jest w wielu krajach jednym z największych i najważniejszych filarów transformacji energetycznej, dlatego warto z wyprzedzeniem zainwestować w innowacyjne czujniki pozycji, procesu czy systemy diagnostyczne dedykowane dla tej branży. Przykładowo czujniki indukcyjne o wysokiej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne i szerokim zakresie temperatury roboczej stosuje się w połączeniu z układami bezpieczeństwa na przykład do monitorowania prędkości obrotowej generatorów.
– W agregatach hydraulicznych i systemach centralnego smarowania czujniki ciśnienia, poziomu i temperatury czuwają nad procesem doprowadzania mediów. Czujniki wilgotności oleju i czujniki cząstek monitorują stan pracujących olejów i smarów. Specjalny czujnik blokady wirnika sygnalizuje jego pewne unieruchomienie podczas prowadzenia prac serwisowych – mówi Piotr Szopiński, kierownik działu technicznego ifm electronic – lidera w dostarczaniu innowacyjnych rozwiązań dla wielu gałęzi przemysłu.
Wygenerowana precyzja
Takie rozwiązania sprawdzają się w przypadku bezprzekładniowych turbin wiatrowych z napędem bezpośrednim, nazywanym również direct drive, w którym urządzenia są wyposażone z reguły w generator z pierścieniami śligowymi. Generator jest połączony bezpośrednio ze śmigłami, dlatego nie wymaga przekładni, ale ze względu na niewielką prędkość obrotową ma większe wymiary.
– Choć istnieją rozmaite elementy, różniące się budową, wielkością mechaniczną generatora oraz parametrami wytwarzanego prądu, to wszystkie łączy możliwość instalacji precyzyjnych czujników i inteligentnych systemów monitorowania, sterowania oraz czułej diagnostyki – mówi Aleksandra Banaś, prezes firmy ifm electronic.
Tak samo jest w przypadku turbin wiatrowych z przekładnią, które są wyposażone w klasyczny układ przenoszenia napędu. Przekładnia planetarna, najczęściej trzystopniowa, zwiększa prędkość obrotową wirnika, aby mógł on pracować przy znamionowej prędkości obrotowej generatora. Czujniki wysyłają sygnał zwrotny do sterownika PLC turbiny wiatrowej, zapewniając niezawodne działanie bez niespodziewanych przestojów.
Procesowe ogniwo
Cyfrowa automatyka daje również wymierne korzyści w elektromobilności. Widać to w postaci wzrostu dostępności systemu, dzięki wykrywaniu błędów na wczesnym etapie, a także w łatwiejszym monitorowaniu stanu za sprawą przejrzystego przygotowania danych.
Nowoczesne i niezawodne sensory można wykorzystywać na innych etapach procesu produkcji, jak przygotowanie ogniw baterii, odizolowanie i zaciśnięcie, układanie w stosy, wkładanie modułów do pakietów akumulatorów czy wreszcie formowanie i starzenie.
– Świat motoryzacji stanął w ostatnich latach w obliczu największej transformacji. Konwencjonalny silnik spalinowy konkuruje z koncepcjami napędów hybrydowych i elektrycznych. Aktualne prognozy wiodących konsultantów biznesowych wskazują na silny wzrost produkcji pojazdów elektrycznych. Przewiduje się, że do 2035 roku odsetek pojazdów zasilanych z akumulatorów osiągnie około 59 procent – wyliczają eksperci ifm, którzy koncentrują na pięciu obszarach związanych z e-mobilnością. To bateria, technologia ładowania, silnik elektryczny, wodór i ogniwa paliwowe oraz recykling.
Kompleksowa optymalizacja
W krótkim okresie innowacyjne rozwiązania wspomagają produkcję baterii litowo-jonowych i silników elektrycznych. Pozostałe kwestie technologiczne, odzyskiwania czy produkcji ogniw paliwowych są monitorowane w perspektywie długoterminowej. Ponieważ bateria litowo-jonowa jest podstawowym komponentem samochodu elektrycznego, to producenci baterii oraz firmy zajmujące się inżynierią maszyn i systemów muszą optymalizować procesy, by wytrzymać presję konkurencji i zapewnić sobie trwały sukces.
– Wynika to po części z odchodzenia od nieodnawialnych surowców, które są już rzadkością, ale także z potrzeby skalowalności produkcji. Producenci baterii powinni optymalizować swoje procesy wszędzie tam, gdzie to możliwe. Wzrost wydajności wraz z mniejszą liczbą odrzutów przy zachowaniu stałej jakości odgrywają tu kluczową rolę. Na rynku jest dostępnych też szereg rozwiązań składających się ze sprzętu i oprogramowania optymalizujących produkcję elektrod. W ten sposób można proaktywnie digitalizować swoją produkcję, aby zapewniać wzorcową jakość – tłumaczy Aleksandra Banaś.
Zaprogramowane dane
W procesie montażu ogniw, wyprodukowane komponenty z produkcji elektrod wraz z dodatkowymi częściami są dalej przetwarzane i montowane. Aby uzyskać maksymalną wydajność i żywotność, podlegają one bardzo wysokim standardom i normom jakości. Precyzyjny i niezawodny sprzęt do automatyzacji procesów, czy to odporne czujniki procesowe do kontroli procesów i zapewnienia jakości, czy też systemy 2D i 3D do testowania jakości – wśród nowoczesnych innowacji jest w czym wybierać. Dzięki odpowiednim rozwiązaniom programowym i doświadczeniu w przygotowywaniu danych, można cyfryzować swoją produkcję, zwiększając tym samym produktywność i dostępność systemu.
Możliwe jest zredukowanie kosztów okablowania o 80 procent, łatwiejsze monitorowanie stanu w zakładzie poprzez zdalną konserwację oraz bezpośredni transfer cyfrowych danych do sterownika i poziomu IT poprzez interfejsy Ethernet/IP.
– Realna jest szybsza naprawa maszyn w ciągu produkcyjnym i optymalizacja dostępności systemu, na przykład poprzez skrócenie czasu instalacji nawet o 60 procent . Stała ocena danych pozwala zaś na wczesne wykrywanie potrzeb konserwacyjnych oraz miejscowy lub zdalny odczyt i konfigurację zamontowanych czujników – podsumowuje Piotr Szopiński.
