Structural monitoring of a scale model of the wind turbine blade LIFES50+ through fiber optic sensing technology

Structural health monitoring of wind turbine blades, at present, is still a dispersive research field: although many techniques have been developed, a leading technology has not been established yet. This is due to the inability of the existing techniques in providing a reliable monitoring of the blade structure while the wind turbine is operating. Accurate inspections and analyses must be performed with a still turbine, thus leading to an increase in the maintenance downtime and a consistent revenues reduction. Fiber optic technology, in the last few years, began spreading in many application fields, other than the telecommunication one, and proposes itself as a game-changer in the SHM applications due to the possibility of directly embed the fibers between the material’s layers at the blade’s manufacturing stage, thus minimizing the sensor’s invasiveness, and collecting real-time data with an operating turbine. In the following work thesis, the fiber optic sensing technology is exploited to monitor both the blade’s deformed configuration and its load field attaching the fibers on the blade’s surfaces. Two different fiber optic technologies will be tested in order to identify the most suitable for blade monitoring purposes: an FBGS (Fiber Bragg Grating Sensor) fiber optic and the HDFOS (High Definition Fiber Optic Sensing) fiber optic from LUNA®.

Il monitoraggio strutturale delle pale delle turbine eoliche, al giorno d’oggi, è ancora un campo di ricerca molto dispersivo: nonostante molte tecniche siano state sviluppate, una tecnologia trainante non è ancora stata identificata. Questo è da imputare al fatto che nessuna delle tecniche esistenti è in grado di garantire un monitoraggio affidabile durante il funzionamento della turbina. È necessario infatti eseguire tali operazioni e analisi a sistema spento, portando di conseguenza ad un aumento dei tempi di manutenzione e ad una riduzione dei guadagni derivanti dalla produzione di energia elettrica. La tecnologia delle fibre ottiche ha recentemente cominciato a diffondersi in molti settori di applicazione, oltre a quello delle telecomunicazioni, ed oggi si propone come punto di svolta nelle applicazioni per il monitoraggio strutturale grazie alla possibilità di essere direttamente integrata tra gli strati dei materiali compositi durante la realizzazione delle pale eoliche, minimizzando così l’invasività del sensore, e fornendo dati in tempo reale durante il funzionamento della turbina. Nel seguente lavori di tesi è stata impiegata la tecnologia dei sensori a fibre ottiche per monitorare la configurazione deformata della pala eolica e lo stato di carico di questa incollando le fibre sulla superficie della pala. Sono state testate due differenti tecnologie di sensori a fibra ottica con lo scopo di individuare il più adatto al monitoraggio della pala della turbina: una fibra FBGS (Fiber Bragg Grating Sensor) e la fibra HDFOS (High Definition Fiber Optic Sensing) della LUNA®.