Os proprietários de ativos de energia eólica enfrentam decisões críticas à medida que suas fazendas eólicas se aproximam do fim de suas vidas operacionais. Isso os obriga a decidir sobre a extensão da vida útil, repotenciamento ou descomissionamento completo desses ativos.
Apesar das contínuas inovações nos designs, sistemas de lubrificação, melhorias nos diferentes materiais e lubrificantes utilizados, problemas de manutenção em turbinas eólicas ainda persistem. Eles ocorrem principalmente como consequência da fadiga dos componentes ou por contaminação externa (água, ar, partículas de poeira), causando assim uma redução drástica na vida útil desses componentes.
Se considerarmos a crise de saúde causada pela Covid-19 e a guerra Rússia-Ucrânia, a indústria de lubrificantes enfrenta desafios com a limitação de matérias-primas, especialmente óleo processado. A falta desse componente atrasa os processos de fabricação de óleos e graxas e, portanto, exige que os usuários finais, como os grandes fabricantes de turbinas eólicas, implementem novas tarefas que permitam a extensão da vida útil desses produtos antes de uma iminente redução em seu suprimento.
Através do estudo desses eventos, conseguimos entender esses modos de degradação, o que nos levou a propor novas alternativas dentro dos programas de OCM – Monitoramento de Condição de Óleo. Esses programas nos permitiram melhorar a detecção precoce de possíveis falhas, prolongando assim a vida útil das turbinas eólicas.
Introdução
Com um contrato de serviço que inclui melhorias para prolongar a vida útil original, as turbinas eólicas podem continuar produzindo por até 10 anos adicionais com risco mínimo. O repotenciamento, com a instalação de turbinas maiores e mais eficientes, também é uma opção atraente, que pode ser combinada com a extensão da vida útil.
No entanto, o repotenciamento pode ser dificultado por procedimentos de autorização longos e incertos. Ele exige investimentos adicionais em descomissionamento e novas turbinas.
Descomissionar as turbinas eólicas pode ser relevante se a extensão da vida útil ou o repotenciamento não forem opções viáveis. Nesse caso, os proprietários dos ativos enfrentam os custos imediatos de limpar o local, bem como o custo de oportunidade de não ter suas permissões estendidas.
Para isso, os componentes das turbinas eólicas devem ser inspecionados para verificar sua integridade e o risco de falha durante a operação contínua. O tipo de inspeção pode variar com base na extensão dos dados operacionais disponíveis e nos problemas encontrados anteriormente pelos componentes da turbina.
Apesar dessas opções disponíveis, foi demonstrado que muitas turbinas são capazes de operar além de suas vidas úteis projetadas.
Tendências Futuras Esperadas no OCM
De acordo com estudos recentes da WindEurope, nos próximos cinco anos, aproximadamente 38 gigawatts de fazendas eólicas europeias alcançarão 20 anos de operações, o que significa que haverá um grande número de turbinas (cerca de +35.000), representando 16% da capacidade eólica instalada na Europa. Sem dúvida, a decisão sobre a extensão da vida útil é complexa, e as experiências até o momento são limitadas. A maior parte da capacidade envelhecida está na Alemanha, Espanha, França, Reino Unido e Itália, que também possuem frotas desatualizadas.
De 2021 a 2028, uma média de quatro gigawatts de turbinas por ano irá estender sua vida útil operacional de forma segura e lucrativa. Os resultados indicam que as soluções para o fim da vida útil desenvolverão um mercado significativo nos próximos cinco anos.
A aplicação de simulação de carga atualizada e inspeções para avaliação da extensão da vida técnica difere entre os países. Uma grande preocupação é a incerteza sobre os futuros preços do mercado spot de eletricidade, que determinam se a extensão da vida útil é economicamente viável.
Em várias situações, a vida útil de uma fazenda eólica pode ser estendida por meio de reparos menores e de baixo custo. Através deste projeto, foi possível demonstrar nos últimos anos que o monitoramento dos diferentes componentes através da análise de óleo, permitindo melhor antecipação de possíveis falhas, ajudou muito na extensão da vida útil desses componentes.
Conclusões
- O monitoramento da condição do óleo (OCM) provou ser uma ferramenta muito valiosa na indústria eólica e deve ser instalado para identificar mudanças nos componentes da turbina. Como resultado, ações corretivas podem ser melhor planejadas para manter a confiabilidade de forma econômica.
- Como parte da extensão da vida útil por meio do OCM, todos os componentes críticos do caminho de carga da turbina devem ser avaliados para garantir um programa de manutenção completo. Esses componentes incluem: caixa de engrenagens, mancais do eixo principal, carcaça do mancal, sistema de guinada, mancal principal, mancal da pá e sistema hidráulico.
- O nível de desgaste na maioria das turbinas pode ter resultado em menor capacidade de carga do que originalmente estimado. Como resultado, a caixa de engrenagens da turbina geralmente está livre de danos significativos. Portanto, em muitos casos, os reparos necessários para estender a vida útil da turbina são geralmente pequenos e econômicos.
- Muitos modos de falha têm respostas mensuráveis que se desenvolvem ao longo do tempo. Estes são os casos ideais para manutenção baseada em condição (CBM). O OCM pode fornecer um alerta precoce de falha potencial se os parâmetros de medição forem corretamente escolhidos e medidos com metodologia precisa usando a técnica de espectroscopia visível (cor).
- Foi possível aplicar uma técnica muito rápida – cor em óleos de caixa de engrenagens, que nos permite estabelecer uma excelente relação entre certas variáveis padrão, como número ácido ou metais por AES-ICP, FTIR.
- Este novo método de degradação de óleo é capaz de determinar quantitativamente a cor da amostra de óleo, bem como diferentes características que podem ser avaliadas analisando seu espectro visível. Este método também possibilita detectar estágios iniciais de degradação do óleo, ao contrário das metodologias tradicionais, que só são sensíveis em estágios avançados de degradação do óleo.
- Os resultados obtidos são aplicáveis apenas para os componentes lubrificantes. Este estudo não abrange outras partes importantes da turbina para as quais não é possível aplicar a técnica de OCM.
Muitos países ao redor do mundo que instalaram suas primeiras fazendas eólicas agora estão chegando ao fim de sua vida útil planejada, o que significa que em breve serão necessárias decisões sobre a extensão da vida útil, repotenciamento ou descomissionamento completo desses ativos. A extensão da vida útil é um método eficiente em termos de custo e lucrativo para maximizar o investimento inicial. A técnica de OCM pode ajudar a garantir que decisões importantes como essas sejam feitas com cuidado e com consideração aos fatores baseados em condição discutidos neste artigo.
Este artigo foi apresentado pelos autores na Conferência e Exposição da Machinery Lubrication e Reliable Plant de 2023.
Por Adolfo Málaga, Jose Ignacio Ciria e Yesid Antonio Gómez.
Traduzido pela equipe de conteúdos da Noria Brasil.
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ML 01/2024: "Utilizing an Oil Condition-Monitoring Program (OCM) to Extend the Life of a Wind Turbine"
