Seis hechos sorprendentes sobre los rayos y las turbinas eólicas

Seis hechos sorprendentes sobre los rayos y las turbinas eólicas

Las turbinas eólicas modernas suelen estar equipadas con un sistema de protección contra rayos (LPS).. Las normas reconocidas internacionalmente exigen que el LPS intercepte y realice la gran mayoría de los impactos sin dañar la turbina.,sin embargo, las compañías de seguros informan que el 20 % de todas las reclamaciones de proyectos eólicos se deben a daños causados ​​por rayos.. Los rayos se han convertido en una fuente importante de costes y tiempos de inactividad superiores a los previstos en la operación de algunos parques eólicos.. Aunque aún se desconoce mucho sobre la interacción de los rayos con las turbinas eólicas.,Hay seis hechos que vale la pena conocer. 

Se esperan algunos daños,incluso con LPL1

La mayoría de las turbinas modernas están equipadas con un LPS diseñado para el nivel de protección contra rayos (LPL)1,el nivel más alto de protección en el estándar IEC 61400-24(1). Esto no significa que el LPS deba,o lo hará,proteger la turbina de todos los daños causados ​​por rayos. No se espera que un LPS diseñado para LPL 1 proteja contra eventos de rayos extremos,que se puede esperar en aproximadamente el 1-10% de todos los rayos dependiendo del entorno del rayo. Eventos menos extremos no deberían causar daños que afecten el funcionamiento de la turbina,si el LPS está funcionando como se esperaba,pero todavía se espera que causen daños menores. 

Un mapa de densidad de destellos no es suficiente para caracterizar un entorno de rayos

Un mapa de densidad de relámpagos mostrará un número promedio de relámpagos por área (km2 o millas2) por año.. Sin embargo,influencias locales como el terreno,rutas de tormenta específicas,y la presencia de objetos altos (como turbinas eólicas) afectará la densidad de relámpagos localizados.. En algunos casos,El uso de un mapa de densidad de relámpagos para determinar la densidad de relámpagos en un sitio en particular podría producir errores del 10 al 100 %.,o más. Se recomienda utilizar datos históricos de rayos específicos del sitio para caracterizar los rayos en un sitio.,preferiblemente durante un período simultáneo con la operación de la turbina eólica o,para evaluaciones previas a la construcción,ajustado para tener en cuenta la presencia futura de turbinas eólicas.

La NLDN no puede detectar todos los rayos

La Red Nacional de Detección de Rayos (NLDN),que proporciona la mayoría de los datos sobre rayos en los EE. UU.,informa una eficiencia de detección (DE) del 95% en la mayor parte de América del Norte. DE es la fracción de destellos observados por un sistema de localización de rayos (LLS) como el NLDN,y es una medida del desempeño de ese sistema.. Hay más de un tipo de rayo.;el DE informado solo es relevante para rayos descendentes. Los rayos ascendentes son una pieza importante del rompecabezas de los daños causados ​​por los rayos en las turbinas eólicas. Aunque la NLDN es una de las LLS con mejor rendimiento del mundo,no captura todos los eventos de rayos ascendentes. La DE real para rayos ascendentes no se comprende bien,pero un estudio(2) mostró una DE de alrededor del 37% en un sitio en Austria. Se requiere más investigación para comprender completamente cuántos rayos ascendentes puede detectar el NLDN.

La rotación de las turbinas puede aumentar la prevalencia de rayos

Estudios recientes(3) indican que el movimiento de rotación del rotor de una turbina la hace más atractiva a la caída de rayos.. Los investigadores de relámpagos suelen utilizar cohetes unidos a un cable delgado para provocar relámpagos durante las tormentas con fines de estudio(4). Similar a los cohetes,Las puntas de las palas viajan a velocidades de hasta 200 mph hacia las nubes durante el barrido ascendente de la rotación.. El movimiento del rotor puede provocar rayos y aumentar la probabilidad de que un rayo caiga sobre la pala.. Aunque la investigación es preliminar,Los sitios con daños importantes por rayos pueden querer experimentar apagando turbinas seleccionadas durante las tormentas para limitar los daños por rayos. 

La interceptación no es conducción.

La eficiencia de conducción se refiere a la capacidad del LPS para conducir corriente a tierra.,mientras que la eficiencia de interceptación se refiere a la capacidad del LPS para provocar que un impacto se adhiera a la turbina en un receptor de LPS.. Estas funciones están separadas. Las pruebas y el mantenimiento de LPS a menudo se centran en la conducción.,porque poco se puede hacer para probar sobre el terreno la interceptación,y el mantenimiento se limita a garantizar que los componentes del LPS, como los receptores,tiras desviadoras,y las tapas o puntas de metal están en buenas condiciones.. Sin embargo,Los tipos más comunes de daños por rayos son la delaminación.,desvinculándose,o incineración de la estructura de la pala cerca de la punta,que puede atribuirse a un rendimiento de interceptación insuficiente. El rendimiento de la interceptación está influenciado principalmente por el diseño de las palas y el diseño del LPS.,incluyendo la selección de materiales,Colocación de componentes LPS,y aislamiento eléctrico.

Diseño LPS,fibra de carbono,altura de la punta,y el terreno influyen en las tasas de daño 

El entorno de rayos y el LPL no son las únicas consideraciones al estimar la frecuencia de daños por rayos que afectan la función en un sitio en particular.. Diseño LPS,calidad de fabricación,y la instalación son factores que influyen. Influencias adicionales incluyen la presencia de fibra de carbono en las palas.,altura de la punta,y terreno. Las turbinas situadas en las cimas de las colinas atraen más rayos que las turbinas situadas en terrenos llanos. 

Actualmente no se comprende bien la interacción del rayo con las turbinas eólicas, pero el conocimiento está evolucionando. Si bien es posible calcular el riesgo de daños por rayos(5),La comprensión de la industria sobre la interacción de los rayos con las turbinas eólicas continúa aumentando.. Con esa mayor comprensión,Llegan mejoras en nuevos diseños de LPS.,así como una mayor evolución de las normas rectoras,como la IEC 61400-24,cuya nueva edición está actualmente en proceso. Para proyectos eólicos que están operando ahora,diseñar e instalar modernizaciones efectivas para una población Realizar LPS es una tarea desafiante. 

A medida que aumenta la comprensión de la interacción entre los rayos y las turbinas eólicas,La tecnología LPS debería progresar y el rendimiento debería mejorar. La práctica actual de descartar los daños causados ​​por rayos como fuerza mayor confunde la responsabilidad y frena la innovación en el diseño de LPS. La asignación adecuada de los costos de los daños ayudará a hacer avanzar el diseño del LPS,lo que sin duda a cualquiera le parecería un avance positivo para la industria eólica.