Шесть поразительных фактов о молниях и ветряных турбинах

Шесть поразительных фактов о молниях и ветряных турбинах

Современные ветряные турбины обычно оснащаются системой молниезащиты (СМЗ).. Международно признанные стандарты требуют, чтобы СМЗ перехватывала и осуществляла подавляющее большинство ударов без повреждения турбины.,тем не менее, страховые компании сообщают, что 20% всех претензий по ветровым проектам связаны с ущербом от молнии.. Молния стала существенной причиной более высоких, чем ожидалось, затрат и простоев при работе некоторых ветряных электростанций.. Хотя многое еще неизвестно о взаимодействии молнии с ветряными турбинами.,Есть шесть фактов, которые стоит знать. 

Ожидается некоторый ущерб,даже с LPL1

Большинство современных турбин оснащены СМЗ, рассчитанными на уровень молниезащиты (LPL)1.,самый высокий уровень защиты по стандарту IEC 61400-24(1). Это не означает, что LPS должна,или будет,защитить турбину от повреждений молнией. Ожидается, что LPS, разработанный в соответствии с LPL 1, не будет защищать от экстремальных молний.,что можно ожидать примерно в 1-10% всех ударов молнии в зависимости от грозовой обстановки. Менее экстремальные события не должны вызывать повреждения турбины, нарушающие ее функционирование.,если LPS работает так, как ожидалось,но все равно ожидается, что они причинят незначительный ущерб. 

Карты плотности вспышек недостаточно, чтобы охарактеризовать грозовую среду.

Карта плотности вспышек покажет среднее количество вспышек молний на площадь (км2 или мили2) в год.. Однако,местные влияния, такие как местность,конкретные пути шторма,и наличие высоких объектов (например, ветряных турбин) повлияет на плотность локализованной вспышки молнии.. В некоторых случаях,использование карты плотности вспышек для определения плотности вспышек молний в конкретном месте может привести к ошибкам от 10 до 100 %.,или больше. Для характеристики молний на объекте рекомендуется использовать исторические данные о молниях на конкретном участке.,предпочтительно в течение периода, одновременного с работой ветряной турбины или,для предстроительной оценки,скорректировано с учетом будущего присутствия ветряных турбин.

Не все молнии могут быть обнаружены с помощью NLDN.

Национальная сеть обнаружения молний (NLDN),который предоставляет большую часть данных о молниях в США,сообщает об эффективности обнаружения 95% (DE) на большей части территории Северной Америки.. DE — это доля вспышек, наблюдаемых системой определения местоположения молний (LLS), такой как NLDN.,и является мерой производительности этой системы. Существует более одного типа молний;сообщаемый DE актуален только для нисходящей молнии. Восходящая молния — важная часть головоломки о повреждении ветровой турбины молнией.. Хотя NLDN является одной из самых эффективных LLS в мире.,он не фиксирует все восходящие молнии. Фактическая DE для восходящей молнии не совсем понятна.,но одно исследование(2) показало DE около 37% на объекте в Австрии.. Требуются дополнительные исследования, чтобы полностью понять, насколько сильно восходящая молния может быть обнаружена с помощью NLDN.

Вращение турбины может увеличить распространенность ударов молний

Недавние исследования(3) показывают, что вращательное движение ротора турбины делает ее более привлекательной для ударов молнии.. Исследователи молний обычно используют ракеты, прикрепленные к тонкому проводу, чтобы вызвать молнию во время грозы для исследований(4). Похоже на ракеты,кончики лопастей движутся со скоростью до 200 миль в час в сторону облаков во время вращения вверх.. Движение ротора может вызвать появление молнии и увеличить вероятность попадания молнии в лопасть.. Хотя исследование является предварительным,На объектах, пострадавших от молнии, возможно, стоит поэкспериментировать с отключением некоторых турбин во время грозы, чтобы ограничить ущерб от молнии. 

Перехват – это не проводимость

Эффективность проводимости относится к способности LPS проводить ток на землю.,в то время как эффективность перехвата относится к способности LPS вызывать попадание удара в турбину в рецепторе LPS.. Эти функции являются отдельными. Тестирование и обслуживание LPS часто фокусируются на проводимости.,потому что мало что можно сделать для перехвата в полевых условиях,и обслуживание ограничивается обеспечением компонентов ЛПС, таких как рецепторы.,переключающие полосы,и металлические колпачки или наконечники в хорошем состоянии. Тем не менее,Наиболее распространенными видами повреждений, вызванных молнией, являются расслоение.,разъединение,или сгорание конструкции лезвия возле кончика,что можно объяснить недостаточной эффективностью перехвата. На эффективность перехвата в первую очередь влияют конструкция лопастей и конструкция LPS.,включая подбор материала,Размещение компонентов LPS,и электроизоляция.

Проектирование ЛПС,углеродное волокно,высота наконечника,и местность влияют на уровень урона 

Молниевая среда и LPL не являются единственными факторами, которые необходимо учитывать при оценке частоты повреждений от молний, ​​нарушающих функционирование, на конкретном объекте.. Проектирование ЛПС,качество изготовления,и установка - все это влияющие факторы. Дополнительные факторы включают наличие углеродного волокна в лопастях.,высота наконечника,и местность. Турбины на вершинах холмов привлекают больше молний, ​​чем турбины на равнинной местности. 

Взаимодействие молнии с ветряными турбинами в настоящее время плохо изучено, но знания развиваются.. Хотя можно рассчитать риск повреждения молнией(5),понимание отрасли взаимодействия молний с ветряными турбинами продолжает расти. С этим возросшим пониманием,появляются улучшения в новых конструкциях LPS,а также дальнейшее развитие руководящих стандартов,например МЭК 61400-24,новое издание которого в настоящее время находится в работе. Для ветровых проектов, которые действуют сейчас,проектирование и установка эффективных модификаций для выполнение LPS является сложной задачей. 

Поскольку понимание взаимодействия между молнией и ветряными турбинами увеличивается,Технология LPS должна развиваться, а производительность должна улучшаться.. Существующая практика списания ущерба от молнии как форс-мажорных обстоятельств запутывает ответственность и замедляет внедрение инноваций в проектирование СМЗ.. Соответствующее распределение затрат на ущерб поможет продвинуть проект LPS вперед.,что, несомненно, покажется кому-либо положительным прогрессом в ветроэнергетике.