QUALIDADE – Notícias

27/03/2017

Monitorando a energia eólica

Da Redação

 

A IEC 61400-25-6:2016 - Wind energy generation systems - Part 25-6: Communications for monitoring and control of wind power plants - Logical node classes and data classes for condition monitoring especifica os modelos de informação em relação à condição de monitoramento de energia eólica e da troca de informações de valores de dados relacionados a esses modelos. A norma é para ser usada com outras da série IEC 61400-25. Esta nova edição inclui as seguintes alterações significativas técnicos com relação à edição anterior: reestruturação dos modelo de dados para acomodar flexibilidade; remoção de formato UFF58; acesso a dados usando as funções de relatório e registro padrão; e recomendações para a criação de nomes de dados para acomodar flexibilidade.

Conteúdo da norma

Prefácio.....................................5

Introdução................................7

1 Escopo....................................9

2 Referências normativas ...............10

3 Termos e definições ...................10

4 Termos abreviados ....................12

5 Geral .......................................14

5.1 Visão geral...............................14

5.2 Modelagem de informações de monitoramento das condições.........................................14

5.3 Sistema de coordenadas aplicado para identificação de direção e ângulos.......................... 15

5.4 Conceito de compartimento de estado operacional.........................................16

5.4.1 Geral ........................................16

5.4.2 Exemplo de como usar a energia ativa como um estado operacional...........................16

6 Nós lógicos para monitoramento de condições de turbinas eólicas..................................... 16

6.1 Geral ..................................16

6.2 Nós lógicos herdados da IEC 61400-25-2.................................17

6.3 Nó lógico de monitoramento da condição da turbina eólica WCON.......................................... 17

6.3.1 Geral ........................................17

6.3.2 CDCs aplicáveis ao nó lógico WCON........................................ 18

7 Classes de dados comuns para monitoramento de condições de turbinas eólicas ..................................18

7.1 Geral ...............................18

7.2 Classes de dados comuns definidas na IEC 61400-25-2...................................... 18

7.3 Condições para a inclusão de atributo de dados............................................ ....................... 18

7.4 Classes de dados comuns com nome do atributo semântico........................................... 19

7.5 Compartimento de monitoramento de condição (CMB)........................................... 20

7.6 Medição de monitoramento de condição (CMM)........................................... 21

7.7 Conjunto de valores escalares (SVA) ........................................... 22

7.8 Conjunto de valores de medição complexos (CMVA).......................................... 23

8 Classe de dados comum Definições de atributo CMM........................................... 24

8.1 Geral......................................24

8.2 Atributos para a descrição da medição de monitoramento de condições................................. 25

8.2.1 Geral ................................25

8.2.2 Sensor de monitoramento de condição (trd)........................ 25

8.2.3 Identificação do eixo (shfId) e posição do rolamento (brgPos).............................. 30

8.2.4 Tipo de medição (mxType)..........................................31

Anexo A (informativo) Valores mxType recomendados.......................................... 33

A.1 Geral sobre os nomes de tags e nomes de dados da classe WCON.............................. 33

A.2 Mapeamento de tags de medição para xTypes......................................... 33

A.2.1 Geral ..................................... 33

A.2.2 Valores escalares (MV) (Descritores)......... 33

A.2.3 Medições de matriz (SVA) - Domínio de frequência....................................... 33

A.2.4 Medições de matrizes (SVA) - Domínio temporal....................................... 33

A.3 Valores mxType ..........................33

Anexo B (informativo) Aplicação de atributos de dados para monitoramento das condições

Descrição da medição

B.1 Generalidades ...................................37

B.2 Princípio de nomenclatura usando os atributos de dados no CMM CDC...................................37

B.3 Exemplos ......................38

Anexo C (informativo) Exemplos de bancos de monitoramento de condições............................................... 39

C.1 Exemplo 1: Compartimentos unidimensionais..........39

C.2 Exemplo 2: Compartimentos bidimensionais............ 40

C.3 Exemplo 3: Compartimentos bidimensionais com sobreposição.......................................42

Anexo D (informativo) Exemplo de aplicação.....................................45

D.1 Visão geral dos CDCs essenciais à IEC 61400-25-6............... 45

D.2 Como aplicar dados aos CDCs.................................... 45

D.3 Como aplicar um alarme....................................... 47

Bibliografia............................................................. 49

A série IEC 61400-25 define os modelos de informação e modelos de troca de informações para o monitoramento e o controle de usinas eólicas. A abordagem de modelagem (para modelos de troca de informações) da IEC 61400-25-2 e IEC 61400-25-3 usa um resumo com as definições de classes e serviços de modo que as especificações sejam independentes de protocolos de comunicação, implementações e sistemas operacionais. O mapeamento destas definições abstratas para perfis de comunicação específicos são definidas na IEC 61400-25-41.

Este documento define um modelo de informação para informações de monitoramento de como utilizar as definições existentes de IEC 61400-25-2, bem como as extensões necessárias a fim de descrever e trocar informações relacionadas ao monitoramento de condições de turbinas eólicas. Os modelos de informações de monitoramento de condições definidas neste documento podem informações fornecidas por sensores ou por cálculo.

No contexto deste documento, monitoramento de condições significa um processo com a finalidade de observar os componentes ou estruturas de uma turbina eólica ou usina eólica por um período de tempo com o objetivo de avaliar o estado dos componentes ou estruturas e quaisquer alterações a ele, para detectar as indicações precoces de falhas iminentes. Assim, pode monitorar os componentes e as estruturas registrados em condições aproximadamente idênticas.

Introduz o conceito de compartimento de estado operacional. O conceito de binário de estado operacional é multidimensional, a fim de se adequar à finalidade de classificar condições operacionais. O monitoramento de condições é mais frequentemente usado como uma manutenção preditiva ou baseada em condições técnica (CBM). No entanto, existem outras técnicas de manutenção preditiva que também podem ser usadas, incluindo o uso dos sentidos humanos (olhar, ouvir, sentir, cheirar) ou uma máquina de desempenho.

As técnicas de monitoramento de condição que geram informações a serem modeladas incluem, mas não são limitadas, a valores medidos ou processados, tais como: as medições e análises de vibrações; a medição e a análise de detritos de petróleo; a medição e a análise de temperatura; a medição e análise do medidor de tensão; e a medição e análise acústica. Os componentes e as estruturas podem ser monitorizados utilizando a recuperação automática por meio de um processo manual. As funções de monitoramento de condição podem estar localizadas em diferentes dispositivos físicos. Algumas informações podem ser expostas por um dispositivo controlador de turbina (TCD), enquanto outras ser expostas por um dispositivo de monitoramento de condição adicional (CMD). Podem ser solicitados dados para trocar valores localizados no TCD e/ou CMD. Um dispositivo SCADA pode solicitar dados ou valores de um TCD e/ou CMD; e um CMD pode solicitar valores de dados de um TCD. A informação e o intercâmbio entre um dispositivo em uma usina eólica requerem o uso de serviços de intercâmbio de informações, tal como definidos na IEC 61400-25-3.

Com a entrada em operação de novos parques eólicos, o Brasil ficou na 5ª posição no ranking mundial de expansão da capacidade instalada de geração eólica em 2016. Os dados são da Global Wind Energy Council (GWEC), que apontou acréscimo de 2.014 MW de energia entre janeiro e dezembro de 2016. A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) apurou, no mesmo período, expansão ainda maior, de 2.491 MW.

Como resultado, o GWEC colocou o Brasil como o 9º País com maior capacidade acumulada de geração eólica no mundo (10.740 MW), superando a Itália, e mantendo o primeiro lugar na América Latina. Segundo o estudo, a China ficou com o primeiro lugar no ranking de expansão da capacidade instalada de 2016, com 23.328 MW instalados, o que representa 42,7% da expansão mundial. Em segundo lugar ficaram os Estados Unidos (8.203 MW), seguidos pela Alemanha (5.443 MW) e Índia (3.612 MW). Ao todo, foram adicionados 54.600 MW de potência eólica no mundo, totalizando 486.749 MW ao final de 2016. Em 2015, o Brasil assinou compromisso internacional na COP 21 de aumentar para 33% o uso de fontes renováveis, além da energia hídrica, na matriz total de energia até 2030, aumentando a parcela de energias renováveis (além da energia hídrica) no fornecimento de energia elétrica para ao menos 23% até 2030, inclusive pelo aumento da participação de eólica, biomassa e solar.

Pode-se dizer que a energia eólica é aquela gerada pelo vento. Desde a antiguidade este tipo de energia é utilizada pelo homem, principalmente nas embarcações e moinhos. Atualmente, a energia eólica, embora pouco utilizada, é considerada uma importante fonte de energia por se tratar de uma fonte limpa (não gera poluição e não agride o meio ambiente). A geração se dá por grandes turbinas ou aerogeradores, em formato de catavento, que são colocadas em locais abertos e com boa quantidade de vento. Através de um gerador, o movimento destas turbinas gera energia elétrica. Atualmente, apenas 1,4% da energia gerada no mundo provêm deste tipo de fonte. Porém, o potencial para exploração é grande. Atualmente, a capacidade eólica mundial é de cerca de 400 GW.

Enfim, a energia do vento é essencialmente aproveitada para produzir eletricidade. Esta transformação é conseguida através de aerogeradores que são colocados estrategicamente em zonas ventosas que normalmente são em zonas de maior altitude. O vento forte é capaz de rodar as pás de uma turbina. Um aerogerador comunica com um eixo central e este, por sua vez, é acoplado a uma caixa multiplicadora onde a velocidade de rotação é incrementada, segundo características específicas de cada fabricante. Os aerogeradores possuem um sistema capaz de controlar a velocidade do rotor de forma a manter uma velocidade estável com a variação da velocidade do vento. os mais elevados e for demasiado forte, impede a rotação muito rápida do aerogerador. O gerador ligado ao transmissor mecânico produz energia elétrica.

Uma concentração ou aglomerado de aerogeradores denomina-se de parque eólico, sendo utilizados para produzir energia elétrica, geralmente para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. Existem dois tipos de parques eólicos, onshore e offshore, os parques eólicos onshore encontram-se localizados em terra ao largo da costa marítima ou no interior. Os parques eólicos offshore são parques onde os aerogeradores são instalados no mar. Um dos grandes inconvenientes apontados contra a energia eólica é a poluição sonora. As turbinas não são de todo silenciosas e o desconforto pode ser ouvido mesmo a grandes distâncias. Mas até esta desvantagem pode ser minimizada pela tecnologia, com uma diminuição do ruído provocado pelos aerogeradores de última geração. A poluição visual é outra desvantagem apontada apenas por alguns. Não é, portanto, uma questão unânime. Há quem considere que um parque eólico tem grande impacto visual e há quem não ache.

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