מבוא ל-IoT ב- Wind Energy

דחיפה העולמית לאנרגיה מתחדשת הציבה כוח רוח בחזית של הדור החשמל בר קיימא.כפי שחוות הרוח בקנה מידה ועברה למקומות מרוחקים יותר - הן על החוף והן על החוף - הצורך בנתונים תפעוליים אמינים, בזמן אמת הפך קריטי.האינטרנט של הדברים (IoT) מספק את עמוד השדרה הטכנולוגי עבור טרנספורמציה זו, המאפשר ניטור מתמשך של בריאות, תנאים סביבתיים, ותפוקה.

מכשירים דיגיטליים בחוות רוח אינם טכנולוגיה אחת אלא מערכת אקולוגית של חיישנים, שערים, מעבדי קצה ופלטפורמות ענן. רכיבים אלה פועלים יחד כדי לאסוף, לשדר ולנתח נתונים במרווחים קצרים כמו מילימטרים.התוצאה היא תאום דיגיטלי חי של כל אחד מהמכשירים דיגיטליים והחוות כולה, ומאפשרים להתאמות מדויקות ללחיצת להב, לווה ולמירים כוח בתגובה לתנאי הרוח.

תפקיד ה-IoT בפעילות מודרנית של Wind Farm

ניטור חוות רוח מסורתי התבסס על בדיקות ידניות תקופתיות ו-SCADA (על-קולי שליטה ורכישות נתונים) מערכות שנאספו נתונים בתדרים נמוכים.IoT משנה את הפרדיגמה הזו לחלוטין.עם חיישנים המסוגלים לדגום נתונים עשרות פעמים לשנייה ולהעביר אותה באמצעות רשתות בעלות עוצמה נמוכה רחבות עוצמה (LPWAN), סלולארי, או קישורים לווייניים, לקבל תצוגה חסרת תקדים של התנהגות.

לדוגמה, כאשר amometer של IoT מזהה שינוי פתאומי בכיוון הרוח, מערכת ה-ew של טורבינה ניתן להזמין כדי להתממש בתוך שניות. בדומה, חיישני רטט בתיבת הילוכים יכולים לזהות את תחילת ההידרדרות ארוכה לפני שהיא מובילה לכישלון קטסטרופלי.הנתונים מחיישנים אלה מעובדים לעתים קרובות באופן מקומי באמצעות מתווך, אשר מפחיתים את רוחב הפס ודרישות מצטברות רק למגמות לטווח ארוך של ענן או ניתוח מרכזי עבור נתונים לטווח ארוך.

ציוד IoT מפתח המשמש ב Wind Farms

טורבינת רוח מודרנית מצוידת בעשרות מכשירי IoT.למטה היא התמוטטות מפורטת של סוגי החיישן החשובים ביותר, היישומים הספציפיים שלהם, והמידע שהם מייצרים.

Anemometers ו- Wind Vanes

(FLT:0) AnemometersFLT:1 מודד מהירות רוח וכיוון, להרכיב את הבסיס של בקרת טורבינות. aemometers העדיפו על פני חיישנים מסוג כוס במתקנים רבים כי אין להם חלקים נעים, דורשים פחות תחזוקה, ולספק קריאה מדויקת אפילו בתנאי icy. חיישנים אלה בדרך כלל מדגם 1-10Hz, להאכיל נתונים לתוך הטורבינות ואת מערכת מטאורולוגית ברמת החווה.

Wind vanes, לעתים קרובות משולב עם aemometers, לספק נתונים כיוון המסייע למערכת בקרת w לשמור על הרקטור העומד בפני הרוח. בסביבות offshore, LiDAR (Light Detection and Ranging) חיישנים משמשים יותר ויותר למדידת מהירות הרוח המטרידה, המאפשרת אסטרטגיות בקרה מתקדמות של מזון, אשר מפחיתות עומסים ולשפר את איכות הכוח.

חיישן Vibration

(FLT:0) חיישני הווייברציה (Vibrationחיישנים) הם הרכיב הקריטי ביותר לתחזוקה חיזוי בטורבינה רוח. Accelerometers להציב על הנושא הראשי, תיבת הילוכים, גנרטור, וחתימות של המגדל המצביעות על חוסר איזון, אי-השונות, או ללבוש.איי-נרבלין-מספקת של חומרים משולבים עם עיבוד משולב יכול לבצע ניתוח מהיר יותר (T) גולמי, שולח התראות על פני מאות חיישנים מוגבלים של חומרים אלה רק על גבי רטטים.

טמפרטורות וחיישנים הומוריסטיים

(FLT:0 חיישנים טמפרטוריים של ®TemperatureFLT:1) פרוסים ברחבי מנוע טורבינות.Thermocouples או גלאי טמפרטורה התנגדות (RTDs) טמפרטורת שמן הילוכים, גנרטורים, אלקטרוניקה כוח, אוויר מבולגן ב-IoT, ספיגות טמפרטורה אקטיביות יכולות להצביע על מערכות קירור כושלות, או תקלות חשמליות מתקרבות בתוך תא המטען מאפשר למזג אוויר קצר כדי לזהות את מערכות חימום אלה.

כוח חיצוני וחיישנים חשמליים

(FLT:0 חיישנים פלט פלט פלט חיישנים של תפוקה FLT:1) לעקוב אחר האנרגיה בזמן אמת שנוצר על ידי כל טורבינות. אלה בדרך כלל משולבים עם מתח, נוכחי, ותדירות חיישניים ב- Step-up של טורבינה או בשלב של חיבור. Power מנתחים איכות ניתוח הרמוני של חומרים אופטיים, flicker, ו- Networker, ומבטיח תאימות לדרישות שימושיות על מנת לחיישנים אלה כדי לייעל את רמת הבקרה של מערכת ההפעלה, כאשר הם יכולים באופן אוטומטי לייעל את התקני חשמל מודרנית, או לייעל את האלגוריתמים באופן אוטומטי, תוך כדי לספק את האלגוריתמים של האלגוריתמים של מערכות ההפעלה של האלגוריתמים של מערכות ההפעלה של GPS, תוך כדי אלגוריתמים, באמצעות אלגוריתמים, באופן אוטומטי, באמצעות אלגוריתמים, באמצעות אלגוריתמים של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של GPS, באמצעות אלגוריתמים, באמצעות אלגוריתמים מתקדמים, באמצעות אלגוריתמים של מערכות ההפעלה של GPS, באמצעות אלגוריתמים, באמצעות אלגוריתמים, באמצעות אלגוריתמים של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה של מערכות ההפעלה

סטרין גאגס ו- Load Sensors

כדי לפקח על בריאות מבנית, המגדל והבסיס.1. [המדכאים] מדממים את מדדי הלהבות, המגדל והבסיס.החיישנים האלה מודדים רגעים ועומסים, ומספקים נתונים קריטיים לחישובי החיים של עייפות.הסיבים אופטיים (FBGs) צוברים פופולריות מכיוון שהם חסינים להפרעות אלקטרומגנטיות ויכולים להיות מרובים לאורך סיבים בודדים, להפחית מורכבות לאפסת של מחשבים מתקדמים.

חיישן אקוסטי ו Infrasound

חיישנים אקוסטיים משמשים למעקב אחר מצב להב וגילוי חיות בר. (FLT:0) גלקסיות מיקרופונים מערכי היסודFLT:1 יכול להרים את הצליל של מחיקה או סדק ב להבים מורכבים. חיישנים אינפראסאונד לזהות רעש נמוך קידוד שנוצר על ידי טורבינות, אשר חשוב עבור הערכות השפעה סביבתית ותקני רעש קהילתי.

אדריכלות תקשורת נתונים

הערך של חיישני IoT הוא הבין רק כאשר הנתונים מגיעים מערכות ניתוח באופן אמין ועם נטיות נמוכה. Wind Farm תקשורת אדריכלות בדרך כלל להשתמש בגישה קשורה. בתוך כל טורבינות, חיישנים להתחבר באמצעות פרוטוקולים חוטים (למשל, RS-485, CAN bus, או Ethernet תעשייתי) ל-cookie מקומי של נתונים, הנקרא לעתים קרובות בקר טורבינות או שער.זה פועל כי הוא מבצע נתונים רגילים, אימות ראשוני לאלגוריתמים, ולאחר מכן, או אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של נתונים סלולריים, לאחר מכן, או אלגוריתמים מרכזיים, לאחר מכן, או אלגוריתמים, לאחר מכן, לאחר מכן, אלגוריתמים של קודמומים של קודמומים של קודמומים ניידים, או אלגוריתמים של קודמומים חשמליים.

עבור חוות רוח offshore, שבו מרחקים יכולים לעלות על 50 ק"מ מהחוף, תקשורת לעתים קרובות מסתמכת על קישורים מיקרוגל או לווינית backhaul. פרוטוקולים IoT כגון MQTT (Mesage Queuing Telemetry Transport) משמשים בדרך כלל כי הם קלים ותמיכה הודעות מרשם, אשר אידיאלי עבור חיישנים רבים מדווחים לפלטפורמה מרכזית.

יתרונות איסוף מידע בזמן אמת

המעבר מאוסף נתונים בזמן אמת מניב שיפורים ניכרים בכל תחומי פעילות החווה הרוח.

ייצור אנרגיה משופר

מהירות רוח בזמן אמת ונתונים כיוון מאפשרים טורבינות לפעול ביחס המהירות האופטימלי שלהם, תמצית כוח מקסימלי מן הרוח. חיישנים IoT לאפשר התאמה מהירה של blade te , ww, במיוחד בתנאים סוערים או גרוקיים. מחקרים הראו כי חוות באמצעות נתונים בזמן אמת-IoT להשיג 2–5% ייצור אנרגיה שנתי גבוה יותר בהשוואה לאלה הנתמכות על נתונים של SCADA עם 10 דקות, כוח יכול לזהות עקומה מיידית או ניתוח נשימה, כאשר היא יעילה תחת בקרה מיידית, מאפשר שליטה מיידית.

תחזוקה חיזוי וצמצום זמן

(FLT–20:0) תחזוקה מוקדמת של תחזוקת התחזוקה (Predictive MaintenanceFLT:1) היא היתרון המצוטט ביותר של IoT בחוות רוח.על ידי ניטור מתמיד של רטט, טמפרטורה וספירת חלקיקים שמן, מפעילי יכולים לזהות פיתוח תקלות שבועות או חודשים לפני שהם גורמים לכישלון. לדוגמה, מגמה של הגדלת תיבת הילוכים בתדירות ההילוך בתדירות של 10 פעמים הילוכים מציעה ללבוש או לייעל.

החלטות נהיגה בנתונים

מעבר לשליטה של טורבינות אינדיבידואלית, נתונים של IoT תומכים בהחלטות אסטרטגיות.מידע היסטורי בשילוב עם תחזית מזג אוויר מסייע למפעילים להחליט מתי לקבוע תחזוקה, בין אם לצמצם את התפוקה כדי להימנע מעונשי רשת, או כאשר להפעיל מערכות נגד הזדקנות.אנליזה ברמת החקלאות יכול לזהות אילו טורבינות מניבות את ההחזר הטוב ביותר על ההשקעה עבור שדרוגים, כגון רטרוהתאמה עם להבים ארוכים יותר או גנרטורים יעילים יותר.

פיקוח סביבתי והתאמה

חוות רוח חייבות לציית לתקנות על רעש, ציפור ותמותה עטלף, ואפקט חזותי של חיישני IoT כגון צגים אקוסטיים ומלכודות מצלמה לספק נתונים סביבתיים רצופים.מערכות זיהוי ציפורים מבוססות ראדר המשולבות עם IoT יכולות לסגור באופן אוטומטי טורבינות כאשר הצפיפות גישה, צמצום תחנות ניטור Noise להבטיח כי רמות הקול נשאר בתוך גבולות המותרים.

מחקרים: IoT בפעולה

חוות רוח על החוף בטקסס

חוות רוח 200 טורפת בטקסס סיירה חיישני רטט IoT על כל הנושאים העיקריים ותיבת הילוכים. בתוך השנה הראשונה, המערכת זיהתה דפוס רטט חריג ב 12 טורבינות, המציין קבוצה של כלובים פגומים.המפעיל החליף את הנושאים במהלך תחזוקה מתוכננת, הימנעות מכשלים קטסטרופליים שהיו עולים 1.2 מיליון דולר בהפסדים ייצור ותיקון חירום.

חוות רוח מחוץ לחוף בים הצפוני

חוות רוח offshore עם 80 טורבינות להתקין שילוב של LiDAR, זנים, וחיישנים אקוסטיים.מערכת IoT להאכיל נתונים לתוך תאום דיגיטלי כי מודלים עומסים מבניים תחת תנאי גל ורוח שונים. במהלך סערה חמורה, המערכת באופן אוטומטי מותאם טורבינות מותאם באופן אוטומטי כדי להפחית עומסים על טורבינות מתוחה ביותר, מניעת נזק מבני.פוסט-מסת לא אישרה נזק, חיסכון שבועות של ייצור אבודים ועלויות בדיקה מושכלת גם עם כמה שנים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות היתרונות ברורים, שילוב של IoT בחוות רוח הוא לא ללא מכשולים.

אבטחת מידע ופרטיות

כאשר חוות רוח הופכות ליותר מחוברות, הן הופכות ליעדים להתקפות סייבר. תוקף יכול לשלוח נתונים של חיישן כוזב כדי לגרום לטורבינות לא לשיתוף פעולה או לסגור חוות שלמה. המפעילים חייבים ליישם אמצעי אבטחת סייבר חזקים, כולל מערכות זיהוי רשת, מערכות זיהוי חדירה ומערכות קבועות של קושחה מאובטח ותקשורת מוצפנת הם חיוניים, במיוחד עבור חוות offshore שמסתמך על קישורים לווייניים.

חיבור ו-Bandwidth Gaps

חוות רוח רבות הן בתחומים עם כיסוי סלולרי גרוע או איפה הנחת סיבים היא עלות-prohibitive. מכשירי IoT חייבים לתפקד באופן אמין עם נמוך פסווי, לפעמים חיבורים לסירוגין. Edge מחשוב מסייע על ידי עיבוד נתונים באופן מקומי ועברת רק תובנות ניתנות לפעולה. Mesh רשתות באמצעות רדיו ארוך טווח (LoRaWAN) או לוויין IoT מתעוררות כפתרונות יעילים עלות.

השקעה ראשונה

החלת חוות רוח קיימת עם חיישנים IoT מקיפים יכולה לעלות 50,000 $ ל טורבינות, בהתאם לחבילת החיישן.זה כולל חומרה, התקנה, תשתיות תקשורת ופלטפורמות תוכנה. המפעילים חייבים לבצע ניתוח עלות-תועלת כדי לקבוע את תקופת ההחזר, שהוא בדרך כלל 2-4 שנים על בסיס חיסכון ורווחי ייצור.

Data Overload and Analytics Challenges

טורבינה אחת יכולה לייצר יותר מ-500 MB של נתונים גולמיים ביום מחיישנים רטט בלבד.מנהל, אחסון וניתוח נתונים זה בקנה מידה דורש צינורות נתונים חזקים וניתוח מתקדם.מפעילים רבים חסרים את המומחיות בתוך הבית לפתח מודלים של למידת מכונה שיכולים להבחין בין ללבוש רגיל לבין חוסר כישלונות ניתוק נתונים כגון AWS ו- Azure מציעים פלטפורמות אינטרנט תעשייתיות מותאמות לאנרגיה, אך שילובם עם מערכות SCADA יכול להיות מאוזנת לצמצום הפיתוחים של AI.

עמידות סביבתית של מכשירי IoT

חיישני IoT על טורבינות רוח חייבים לסבול טמפרטורות קיצוניות, לחות, תרסיס מלח (במיוחד בחו"ל), שביתות ברק ורטט.שיעורי כישלונ עבור חיישנים לא מוגנים יכולים להיות גבוהים כמו 5% בשנה. יצרנים מפתחים מחסנים מחוספסים עם דירוגים IP69K, ציפויים תואמים, ונבנה-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in-in

מגמות עתידיות ב-IoT עבור חוות רוח

העשור הבא יראה שה-IoT עוד יותר מוטבע עמוק בפעילות החווה הרוחית.המודיעין סוומבר, שבו טורבינות מתקשרות זו עם זו ולהתאים את ההתנהגות באופן קולקטיבי, מבטיח להפחית את ההפסדים מתעוררים ולהגביר את היעילות של משקי הבית על ידי 3 עד 10%. תאומים דיגיטליים שגדלו עם נתוני IoT בזמן אמת יאפשרו למפעילים לדמות "מה-אם" תרחישים כגון ההשפעה של פריסה חדשה או תוספת של אחסון אנרגיה.

אזור מתפתח נוסף הוא שילוב של IoT עם פיקוח של מזל"טים. Drones מצויד מצלמות תרמיות ומיקרופון ניתן לשלוח באופן אוטומטי כאשר חיישן מזהה אנומליה, מתן אישור חזותי ונתונים בדיקה מפורטים ללא צורך מטפסים אנושיים לבסוף, ההתכנסות של IoT עם טכנולוגיית בלוקצ'יין נחקרת עבור מעקב אחר אשראי שקוף וסחר אנרגיה עמיתים אל-peer בתוך תחנות כוח וירטואליות.

(ב) לקבלת תובנות נוספות, התייחס למשאבים מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) ,(REL) ,(REL) ,(REL) ,(REL) , ⁇ FLT:2 Global Wind Energy CouncilFLT 3) תועדו על ידי הוועדה האלקטרוטכנית הבינלאומית (IEC) ⁇ FLT:5).

המסע לעבר חוות רוח אוטונומיות לחלוטין, מונעות על ידי IoT הוא בהחלט מתקדם.בעוד אתגרים נמשכים, היתרונות העצומים ביעילות מבצעית, בטיחות והכנסות להפוך את ההשקעה משכנעת. על ידי אימוץ IoT עבור איסוף נתונים בזמן אמת, תעשיית הרוח אינה רק בונה יותר טורבינות - היא בונה יותר חכמים אשר ישתנו עתיד בר קיימא.