Ứng dụng IoT trong ngành năng lượng gió

Một trang trại gió ở Biển Bắc đã mất tuabin chính vào năm ngoái, khiến các kỹ sư xác định rằng tất cả 206 tuabin tương tự như này trên biển có thể cần phải được kiểm tra và trang bị lại. Biển Bắc là khu vực gió và hiện tại được đánh giá dữ dội nhất. Nó có các trang trại gió với tuabin khổng lồ đang gặp rắc rối, trong khi các khu vực khác cũng đang gặp vấn đề về bảo trì.

Sự cố của các trang trại gió ở Biển Bắc bắt đầu với sự cố phá vỡ các cấu trúc mạng tuabin lớn nhất của Đức sau 15 tuần; hoạt động bảo trì dự đoán đã lên kế hoạch kéo dài 15 tháng. Kết quả là một quyết định bảo trì triệt để và hoạt động tái thiết kế các cánh quạt khổng lồ dường như là thủ phạm: chúng thực sự làm rung chuyển tuabin đến chết.

Vai trò của hoạt động dự đoán bảo trì trong kỹ thuật thiết kế cho những tuabin khổng lồ này ngày càng quan trọng. Theo dõi sức gió, nhiệt độ trong biển/không khí, tốc độ gió, mô-men xoắn và độ rung hiện chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. Mọi thiết kế phải bao gồm các cảnh báo tức thời và sớm về nhiệt độ ổ trục, tính toàn vẹn của vỏ và hệ thống dây điện, độ cao trên và dưới mực nước.

Xây dựng chúng

Các hệ thống an toàn được kết nối Internet đã trở thành tiêu chuẩn trong xe hơi, xe tải và máy bay, và rất nhiều nguồn tài trợ cho các hệ thống kết nối được đưa vào phát triển giao thông tự động. Kỹ thuật về hệ thống không an toàn là một phần trong ngân sách R&D cho mọi mô hình mới. Kỹ sư điện xây dựng yêu cầu an toàn thành yếu tố cơ bản nhất; hệ thống càng phức tạp thì càng cần nhiều thông tin an toàn.

Đối với các mạng công nghiệp được kết nối với các cấu trúc xa nhất, như tuabin Biển Bắc, các hệ thống dự phòng là rất quan trọng. Mỗi nhà thiết kế cần kết hợp cảnh báo sớm, bảo mật và phản hồi như tắt/bật trong các thiết kế tuabin mới. Chiến lược bảo trì luôn được thiết kế như những thói quen. Những thói quen này cần phải nâng cấp nghiêm ngặt, nhưng cách tiếp cận tốt hơn là thêm một bộ máy cảnh báo tích cực.

Các hệ thống tốt nhất hiện nay kết hợp khả năng tối ưu hóa hiệu suất và dự đoán tốt hơn nhu cầu bảo trì. Điều đó là nhờ hệ thống vừa nhanh vừa mạnh. Nền tảng có duy nhất khả năng phân tích hàng terabyte dữ liệu với thời gian phản hồi dưới giây giúp cải thiện hơn nữa khả năng tạo ra giá trị quan trọng từ các ứng dụng IoT. Mỗi tuabin gió đang hoạt động trong nghiên cứu này có hơn 150 cảm biến kiểm tra tốc độ, thời tiết, độ rung và gia tốc (giảm tốc).

Phần mềm thông minh

Mạng kết nối tại các môi trường khắc nghiệt phải hoạt động theo cả hai hướng. Nó phải truyền từ cảm biến hoặc đầu dò ra qua máy tính lớn được bảo vệ đến vị trí bảng khẩn cấp. Quyết định kết quả về việc tắt máy phải được truyền trở lại qua cùng một mạng hoặc qua mạng khác. Ví dụ, phản ứng với tình trạng quá nhiệt có thể là tắt máy hoặc quay chậm lại.

Trong mỗi sự cố, càng có nhiều dữ liệu có thể được thu thập, mạng càng có thể học được cách xử lý tốt hơn. Học máy bắt đầu với sự an toàn của thiết bị là ưu tiên hàng đầu sẽ điều chỉnh theo từng hoàn cảnh.

Ví dụ về loại học tập phần mềm công nghiệp này ở khắp mọi nơi. Ví dụ bao gồm xe hơi tự động (có thể là ví dụ đáng tin cậy nhất hiện nay), phát hiện gian lận, robot và mạng xã hội. Các thuật toán được xây dựng rất nhiều để đi sâu vào các chi tiết từ xa nhất của thiết bị điện tử.

Các trang trại gió là một ví dụ tuyệt vời về cách các máy móc được kết nối có thể hoạt động độc lập cho đến khi có sự cố. Các hệ thống trong học máy có thể giúp tinh chỉnh các nhà khai thác đưa ra các lựa chọn, loại bỏ nhu cầu tắt hoàn toàn hệ thống hoặc thậm chí tắt một tuabin đơn.

Khi các khía cạnh học tập của một mạng kết hợp với các hệ thống mạnh hơn, khả năng dự báo tốt hơn, chúng sẽ làm việc cùng nhau và giúp việc học nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Kích thước không phải vấn đề

Các bài học kinh nghiệm từ hệ thống theo dõi và xử lý sự cố sẽ giúp thiết kế an toàn trang trại tuabin nhỏ hơn, trên quy mô của lưới điện thành phố hoặc của cộng đồng. Hầu hết các tiện ích đều có kế hoạch sử dụng năng lượng gió và mặt trời nhưng vẫn quan tâm đến chi phí, độ an toàn và khả năng hỗ trợ.

Các thiết kế cho thế hệ tuabin tiếp theo sẽ có thể mở rộng, giống như cách trang trại có thể mở rộng ngày nay. Bên trong một hệ thống tuabin đơn sẽ có khả năng sử dụng máy học và IoT để tự mở rộng quy mô sử dụng hiệu quả nhất, bao gồm tự tắt hoặc tự động gửi năng lượng tới vị trí pin.

Có rất nhiều ví dụ về các công ty hiện đang thiết kế hướng tới tương lai. Các quốc gia dường như ít quan tâm đến sự phát triển của ngành năng lượng gió và năng lượng mặt trời vài năm trước hiện đang đầu tư rất nhiều. Một ví dụ là Thổ Nhĩ Kỳ, đất nước đã thu được 12 tỷ đô la đầu tư nhờ năng lượng gió trong suốt 11 năm qua. Sản lượng đất nước này tạo ra trong năm 2007 là 146 megawatt; năm ngoái, các trang trại năng lượng gió đã tạo ra 6.500 megawatt, theo báo cáo cho biết. Trong một ngành công nghiệp phát triển gấp 50 lần trong 11 năm, bảo trì và giám sát tốt hơn sẽ là điều cần thiết.

Thổ Nhĩ Kỳ đã vượt xa các nước về phát triển năng lượng gió bởi mười yếu tố. Thế giới kết nối vận hành bằng năng lượng; năng lượng của tương lai cũng sẽ được kết nối với nhau. Năng lượng gió có thể là một phần rất lớn của bức tranh đó nếu các nhà sản xuất phần cứng có thể đảm bảo nhu cầu về thiết bị điện tử không dây của nó được đáp ứng.