Tribology - علم و مهندسی سطوح تعامل در حرکت نسبی - یک نظم پایه برای انرژی تجدید پذیر است.با مدیریت اصطکاک، سایش و روانکاری، tribology به طور مستقیم تعیین می کند قابلیت اطمینان، بهره وری و طول عمر توربین های بادی و سیستم های انرژی خورشیدی است.

Tribology در سیستم های انرژی باد

توربین های بادی ماشین های سه گانه هستند، محرک های آنها، زمین و سیستم های یارد و حتی لبه های تیغه با استرس مکانیکی ثابت در شرایط محیطی شدید مواجه هستند. درک و کنترل اصطکاک و سایش در این اجزای می تواند کاهش خرابی، کاهش هزینه های سطح پایین تر انرژی (LCOE)، و گسترش زندگی عملیاتی فراتر از پنجره معمولی طراحی 20 ساله.

قطعات کلیدی تریبیولوژیک در توربین های بادی

  • پرچم اصلی - این پشتیبانی از روتور و باید بارهای بالا و شعاعی، چرخش کم سرعت و آلودگی از رطوبت و ضایعات باقی مانده است.
  • Gears و Lights - Hielscheres افزایش سرعت چرخش از روتور به ژنراتور. Gear دندان پوشیدن، ریز کردن، اسکراب، اسف و خستگی تحمل حالت های شکست بحرانی، اغلب توسط روانکاری ناکافی یا آلودگی ایجاد می شود.
  • Pitch و Yaw Systems [FLT 1] - پیچ و خم زاویه تیغه را تنظیم می کند، در حالی که گرد و غبار یا هدایت کننده در باد است. هر دو حرکت نوسانی، تحریک و قرار گرفتن در معرض آب و هوا شدید، نیاز به چربی های تخصصی و طرح های مهر و موم.
  • ] - بلبرینگ های با سرعت بالا در ژنراتور باید با کمترین اصطکاک برای به حداکثر رساندن خروجی الکتریکی و جلوگیری از بیش از حد گرم کار کنند.

استراتژی های حرارتی برای توربین های بادی

فرمول های پیشرفته روان کننده بسیار مهم هستند.برای گیربکس ها، روغن های پلی آلفاولفین مصنوعی (PAO) با بسته های افزودنی با دقت متعادل، قدرت فیلم، ثبات حرارتی و مقاومت به اکسیداسیون. گریس برای زمین و یاشی های سفید باید در محل تحت لرزش و مقاومت در برابر شستشوی باران و برف باقی بمانند، در حال حاضر سنسورهای نظارتی وضعیت را ارائه می دهند که آلودگی ذرات و تخریب را تشخیص می دهند، تغییرات فعال کننده نفت را قادر می سازد که مانع از تجزیه و خرابی فاجعه بار می شوند.

مطالعه 2021 منتشر شده در Tribology International نشان داد که روانکاری گیربکس بهینه شده می تواند تلفات اصطکاک را تا 20٪ کاهش دهد و فواصل تغییر نفت را تا 30٪ افزایش دهد، به طور قابل توجهی کاهش هزینه های عملیاتی. آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی (NREL) برنامه های تحقیقاتی تریبولوژی اختصاصی (FLT:3 برای توسعه نسل بعدی و کاهش عناصر حمل و نقل پایین برای سطوح.

پوشش و مهندسی سطح

درمان های سطحی مانند کربن الماس (DLC) پوشش، نیتدینگ و لیزر پیامک برای مبارزه با سایش مستقر می شوند.پوشش های موجود در دندان های دنده باعث کاهش ضریب اصطکاک به زیر 0.1 و به حداقل رساندن پوشش های تخصصی ضدکوروسیون از شفت اصلی محافظت از آب در توربین های دریایی، که در آن رطوبت و اسپری باعث کاهش سرعت تخریب می شود.

چالش های در شرق و در ساحل باد

توربین های بادی دریایی با چالش های شدید تریبیولوژیک مواجه هستند: رطوبت بالاتر، خوردگی نمک و دسترسی محدود به نگهداری. گریس ها باید در برابر شستشوی از آب دریا مقاومت کنند، در حالی که سیستم های مهر و موم باید از تهاجم ذرات جلوگیری کنند - اغلب نیاز به کشتی های جک آپ یا هلیکوپتر دارند - اطمینان حاصل می کند که تحقیقات Tribological بر روی مواد روانکاری و مواد هوشمند تمرکز می کند که شرایط مداخله را برای کاهش شرایط دستی نیاز دارند.

تریبیولوژی در سیستم های انرژی خورشیدی

سیستم های انرژی خورشیدی ساده تر از توربین های بادی به نظر می رسند، اما دارای رابط های متحرک و استاتیک هستند که در آن اصطکاک و سایش می توانند عملکرد را محدود کنند. دو دسته اصلی تکنولوژی – فوتوتایک (PV) و تمرکز انرژی خورشیدی (CSP) – از مداخلات مختلف تریبولوژیک بهره مند می شوند.

سیستم های ردیابی Photovoltaic

آرایه های خورشیدی زمینی که اغلب از یک محور یا ردیاب های دوگانه استفاده می کنند که پانل ها را برای پیگیری خورشید می چرخانند، این مکانیسم ها به درایوهای پراکنده، دنده های کرم و یاتاقان ها متکی هستند. روانکاری Improper منجر به افزایش مقاومت ردیابی، خطا موقعیت یابی و شکست های حرکتی می شود که ردیابی فقط چند درجه می تواند باعث کاهش انرژی توسط 5 تا 10٪ – بیش از یک سال شود.

  • ] - گریس های مصنوعی با مواد افزودنی شدید فشار از دنده های کرم از گالن و سایش محافظت می کنند. طرح های روانکاری عمر کاهش نگهداری.
  • مهر و موم - گرد و غبار مهر شده با طرح های لابیین جلوگیری از گرد و غبار در مناطق خشک، که در آن ذرات ساینده به سرعت می تواند عناصر ضد محافظت از مواد را از بین ببرد.

تمیز کردن و تمیز کردن سطح

خاک - تجمع گرد و غبار، گرده، ریخته گری پرندگان و سایر زباله ها - یک عامل عملکرد عمده برای پانل های PV است.در محیط های بیابان، زیان خاک می تواند بیش از 1٪ در روز است.

تقویت قدرت خورشیدی (CSP) Tribology

گیاهان CSP از آینه برای تمرکز نور خورشید بر یک گیرنده حاوی مایع انتقال دهنده حرارت استفاده می کنند.آنها مکانیسم های ردیابی بزرگ، بلبرینگ های با دمای بالا و پمپ هایی که در شرایط شدید کار می کنند را شامل می شوند.

  • Heliostat می نویسد و درایوها - هزاران آینه (heliostats) باید دقیقاً جهت دهند.
  • هیدروژل بالا - بخار یا حلقه نمک ذوب شده در 300-550 درجه سانتیگراد عمل می کند، بنابراین روان شناسان جامد (graphite، مولیبدن) یا بلبرینگ های روانکاری گاز در پمپ ها و دریچه ها استفاده می شود.
  • Wear از لوله های گیرنده [FLT 1] - دوچرخه سواری حرارتی و خوردگی از نمک ذوب شده باعث نازک شدن دیوار مترقی در لوله های گیرنده، کاهش بهره وری و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود.

تحقیقات در برنامه آزمایشگاه ملی CSP شامل توسعه پوشش های سرامیکی برای لوله های گیرنده است که در برابر هر دو جنس و خوردگی مقاومت می کنند، به طور بالقوه دو برابر شدن زندگی جزء.

Tribology و Sustainability Metrics

بهبود تریبیولوژی به طور مستقیم از اهداف پایداری از طریق سه مکانیسم پشتیبانی می کند: افزایش تولید انرژی، عمر تجهیزات طولانی تر و کاهش مصرف مواد.

بهره وری انرژی

زیان های ناشی از تخلیه توربین بادی حدود 10 تا 20 درصد از کل کاهش انرژی از روتور به ژنراتور را تشکیل می دهد، با کاهش اصطکاک از طریق روان کننده ها و سطوح بهتر، این تلفات می تواند به نصف کاهش یابد.

چرخه عمر طولانی و کاهش ضایعات

شکست جزء پیش از قاعدگی باعث جایگزینی زودرس، مصرف مواد خام و تولید زباله می شود. بهبود های مثلثی که زندگی دو برابر یا دنده را به طور موثر کاهش انرژی و کربن از آن اجزای است.برای باد دریایی، کاهش فرکانس اصلاحات عمده توسط تنها یک بازدید از زندگی توربین می تواند از ده ها هزار تن از کربن CO2 از کشتی های خدمات جلوگیری کند.

هزینه های عملیاتی پایین تر، امکان اجرای سریع تر را فراهم می کند

هنگامی که اپراتورهای بادی و خورشیدی می توانند به تجهیزات خود برای اجرای قابل اعتماد برای دوره های طولانی اعتماد کنند، هزینه های تامین مالی کاهش می یابد. Tribology یک فعال کننده پنهان از قابلیت بانک سازی است: وام دهندگان نیاز به شواهدی از نرخ های شکست پایین و برنامه های تعمیر و نگهداری قابل پیش بینی دارند. گزارش تجدید پذیر IEA 2023. [FLT 1] اشاره می کند که پیشرفت در O&؛ بهره وری M از جمله بهره وری انرژی حیاتی

نوآوری ها و مسیرهای آینده

سه گانه هوشمند و دوقلوهای دیجیتال

سنسورهای جاسازی شده که لرزش، دما و وضعیت روغن را اندازه گیری می کنند، همراه با مدل های دوقلو دیجیتال، اپراتورهای می توانند پیش بینی کنند که چه زمانی یک تحمل شکست خواهد خورد یا هنگامی که یک روان کننده نیاز به جایگزینی دارد - تغییر از واکنش به الگوریتم های یادگیری ماشین پیش بینی شده آموزش داده شده در داده های سه گانه می تواند پارامترهای عملیاتی را برای به حداقل رساندن سایش بهینه کند.

زیست محیطی و Bological Lubricants

مقررات زیست محیطی، به ویژه برای باد دریایی، فشار برای روان کننده هایی که کمتر سمی هستند اگر ریخته شود، استر های مبتنی بر Bio-based از روغن های گیاهی، lubricity و بی تحرکی خوبی را ارائه می دهند، اگرچه ثبات حرارتی یک چالش است.

تولید کننده مواد مخدر

چاپ 3D اجازه می دهد تا ساخت بلبرینگ ها، مهرها و قطعات دنده با کانال های خنک کننده داخلی بهینه شده یا سطوح بافت شده که باعث بهبود روانکاری می شود. سفارشی سازی برای شرایط خاص عملیاتی می تواند کاهش اصطکاک را با تولید معمولی به دست آورد.

پوشش های پیشرفته برای محیط های شدید

پوشش های نسل بعدی شامل نانوذرات (به عنوان مثال، MoS2، WS2) است که در زیر کشویی آزاد می شوند تا یک سهبوم محافظ را دوباره به نمایش بگذارند، این پوشش های سازگار می توانند آسیب های سطحی کوچک را بهبود بخشند، به طور چشمگیری زندگی اجزایی را در هر دو باد و برنامه های CSP گسترش دهند.

نتیجه گیری

Tribology یک نظم و انضباط محیطی برای انرژی تجدید پذیر نیست - این یک فعال کننده اصلی پایداری اقتصادی و زیست محیطی است.از گیربکس توربین های بادی دریایی به مکانیسم های ردیابی و سطوح تمیز کننده خود آرایه های خورشیدی، هر رابط متحرک فرصتی برای کاهش اصطکاک، گسترش زندگی و کاهش هزینه به عنوان مقیاس صنعت برای پاسخگویی به اهداف جهانی آب و هوا، سرمایه گذاری در تحقیقات سه گانه و مهندسان انرژی است که واقعا توزیع می کنند، و بهره وری پایدار، و تجهیزات انرژی، و بهره وری پایدار،