Sviluppato un sistema di monitoraggio remoto che utilizza sensori acustici strutturali per il rilevamento precoce di crepe e rotture
Nuovi sensori per monitoraggio remoto delle pale eoliche
Uno degli elementi chiave per il successo su larga scala dell’eolico in mare sarà la capacità di ottimizzarne l’operatività, riducendo al minimo le attività di manutenzione. Un compito non semplice, vista la lontananza e le dimensioni degli aerogeneratori offshore, ma su cui oggi vengono messe alla prova nuove tecnologie di sensoristica.
L’ultima novità in questo campo arriva dalla Germania. Gli scienziati del Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS, in collaborazione con il Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems IWES, hanno sviluppato una soluzione per il monitoraggio remoto delle pale eoliche in grado di identificare a distanza danni anche in fase precoce.
Le tipologie di danno per le turbine eoliche
Riuscire a rilevare anche i più piccoli deterioramenti è essenziale per evitare costose conseguenze che possono portare alla rottura della turbina. Ma quali sono i danni più comuni per gli aerogeneratori? Vediamo di seguito i principali:
- Erosione: l’impatto di particelle sospese nell’aria come sabbia, terra o ghiaccio può consumare la superficie delle pale, riducendo l’efficienza aerodinamica e creando crepe nei laminati.
- Corrosione: l’esposizione a umidità e acqua salata può colpire duramente i componenti metallici della turbina, come ad esempio la torre, indebolendoli e minacciando l’integrità strutturale.
- Crepe: le sollecitazioni e lo stress meccanico (ma eventualmente anche difetti di fabbrica) possono determinare l’insorgere di crepe nei materiali in grado di portare nel tempo a veri e propri cedimenti strutturali.
- Separazione degli strati: difetti di fabbrica, fulmini e, più in generale, un’esposizione prolungata a fattori ambientali possono causare la separazione degli strati all’interno della struttura composita della pala eolica.
Si tratta di sfide note, in cui la manutenzione ordinaria gioca un ruolo essenziale. Tuttavia, a differenza delle turbine a terra, le macchine offshore sono difficilmente accessibili e le ispezioni risultano costose e lunghe. Ecco perché il più delle volte vengono semplicemente sostituite quando si sospetta un danno. Una spesa salata che potrebbe essere evitata.
Un chip per catturare le onde sonore anomale
È in questo contesto che si inserisce la soluzione studiata dal Fraunhofer.
“Il nostro obiettivo è quello di utilizzare sensori di emissione acustica per monitorare in modo affidabile da remoto i danni alle pale del rotore, contribuendo così a garantire che le turbine eoliche siano disponibili e non si guastino”, afferma Björn Zeugmann, responsabile del gruppo Fraunhofer IIS nel settore della progettazione di circuiti integrati analogici.
Zeugmann e colleghi hanno collaborato allo sviluppo di uno speciale chip da impiegare nei sensori inseriti nelle singole pale. Il chip ha il compito di catturare le onde superficiali che si generano in caso di danni, come crepe e rotture, e di trasmettere questi segnali ai sistemi di monitoraggio.
Ciò che rende speciale questa tecnica è che, a differenza dei sistemi di misurazione convenzionali, come i sistemi radar o i droni che raccolgono e trasmettono tutti i dati non elaborati, il nuovo strumento trasferisce solo le informazioni anomale.
“Utilizziamo un sistema acustico che rileva i danni in base ai suoni che produce, in modo da poter distinguere, ad esempio, tra una crepa che si forma all’interno della pala del rotore e una rottura”, spiega Zeugmann.
I vantaggi per il monitoraggio remoto delle pale offshore
La soluzione si presta a far fare un balzo in avanti al monitoraggio remoto delle pale eoliche contribuendo anche a ridurre il numero di interventi di manutenzione non necessari. Non solo. Rispetto ai metodi di misurazione esistenti, la nuova soluzione è più compatta e più efficiente dal punto di vista energetico, e utilizza una quantità di dati notevolmente inferiore poiché trasmette pacchetti di informazioni più piccoli. Ciò significa che non è necessaria una connessione Internet a banda larga per trasmettere informazioni rilevanti dai parchi eolici alla terraferma.
Fraunhofer IIS e Fraunhofer IWES hanno già collaborato per sviluppare un prototipo iniziale del chip. I prossimi passi? Espandere il sistema in modo che possa rilevare anche i fulmini.
