Diagnostics systems for wind turbines

Wind energy conversion is the fastest growing source of electricity generation in the world among the other renewable energy production technologies. Despite of decrease in investment cost of wind turbines over years, operational and maintenance costs are still high. Therefore, there is a need in reduction of operational and maintenance costs of wind energy conversion systems. Maintenance techniques in literature so far consist of two categories: run-to-failure and scheduled-preventive maintenance. However, condition monitoring has been adapted to WTs and new methods and techniques are being proposed day-by-day. Condition monitoring techniques have a potential of minimizing energy production costs and helps to avoid unplanned downtimes by early detection of faults seen in wind turbines. In this report, “Chapter 1” deals with wind turbines basics especially for horizontal axis wind turbines. Failure mode analysis has been shown and frequent failures of wind turbine components have been pointed out. “Chapter 2” deals with conventional maintenance techniques for wind turbines, run-to-failure and scheduled-preventive maintenance techniques are reviewed. “Chapter 3” deals with condition monitoring techniques. System architecture has been shown. Data acquisition techniques such as vibration monitoring, electrical effects, acoustic emission ultrasonic testing, oil analysis, strain measurements, thermography and X-ray imagining have been reviewed. Data processing techniques for waveform signal and fault detection, identification and isolation methods have been reviewed and studies related to wind turbine condition monitoring methods have been reported in the literature.

La generazione di energia attraverso turbine eoliche è la fonte di produzione di energia elettrica che cresce più rapidamente nel mondo tra tutte le possibile tecnologie di produzione di energia rinnovabile. Nonostante la diminuzione degli investimenti necessario per le realizzazione di parchi eolici nel corso degli anni, i costi di funzionamento e di manutenzione sono ancora elevati. Pertanto, vi è la necessità di ridurre i costi di funzionamento e di manutenzione delle turbine eoliche . I metodi di manutenzione utilizzati finora, e descritti in letteratura, consistono in due categorie: manutenzione a guasto e di manutenzione programmata - preventiva. Tuttavia, anche il monitoraggio su condizione è stato adattato alle turbine eoliche e nuovi metodi e tecniche per la diagnostica vengono continuamente proposte. Le tecniche di monitoraggio su condizione possono ridurre al minimo i costi di produzione di energia e aiutano ad evitare i tempi di mancata produzione attraverso la diagnosi precoce di anomalie e malfunzionamenti delle turbine eoliche. Questa tesi è organizzata come segue: Il "Capitolo 1" tratta in generale l’argomento turbine soprattutto per quelle ad asse orizzontale. Le più comuni tipologie di guasto vengono analizzate e insieme alla loro frequenza relativa. Il "Capitolo 2" si occupa delle tecniche di manutenzione convenzionali per le turbine eoliche, quali quella a guasto e quelle programmata - preventiva. Il "Capitolo 3" analizza le tecniche di monitoraggio su condizione. L’architettura dei sistemi harware e software viene descritta. Anche le diverse tecniche di acquisizione dati come ad esempio il monitoraggio delle vibrazioni e degli effetti elettrici, le misure acustiche attraverso ultrasuoni, l’analisi degli oli, le misure di deformazione, la termografia ed i raggi X vengo descritte dettagliatamente. Le tecniche di elaborazione dati per l’analisi del segnale e la rivelazione di guasti, l'identificazione dei guasti sono infine presentati, insieme agli studi presenti in letteratura, relativi ai metodi di monitoraggio su condizione delle turbine eoliche.