Rüzgar Türbini Arızaları: Kapsamlı ve Teknik Bir İnceleme!
Rüzgar türbinlerinin en yaygın arıza bileşenleri olarak kanatlar, generatör, sapma sistemi ve dişli kutusu daha çok ön plana çıkmaktadır. Bu arızalar ekstra bakım maliyetlerine ve fiziksel tasarımlarda önlem alıcı yaklaşımlara neden olmaktadır.
Rüzgar türbinlerinde karşılaşılan arızalar ve sebepleri şu şekilde sınıflandırılmaktadır:
Kanat arızaları
Rüzgar türbini kanatlarında güvenilirlik önemlidir. Kanatlar rüzgarın sahip olduğu mekanik enerjinin kullanılmasında doğrudan sorumlu olup, çalışma sırasında rastlantısal etkilere ve türbülansa maruz kalmaktadır. Bununla birlikte, rüzgar, yağmur, kar ve diğer zorlu koşullarda çalışmaktadır. Bu zorlu koşullar zaten kanatların tasarım aşamasında çözülmeye ihtiyaç duyulan problemleri olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapısal dayanım, aerodinamik özellikler ve gürültü arasında gerekli olan hassas dengenin sağlanması gerekmektedir.
Yenilenebilir enerjiye olan talep arttıkça, rüzgar endüstrisi rüzgar türbinlerinin enerji çıkışını artırmanın yollarını buluyor. Türbinlerden gelen enerjiyi artırmanın bir yolu, rotor kanatlarının boyutunu artırmaktır. Rüzgar türbini kanatlarının çapları daha fazla rüzgar enerjisi yakalayabilmek amacıyla her geçen yıl daha da büyük üretilir. Bu durum kanatlar üzerinde doğrudan; rotor dengesizliğine, korozyona ve aeroelastik yer değiştirmelere neden olur. Bununla birlikte kanat arızalarının oluşmasındaki ilk başlangıç noktasına bakılacak olursa, kanadın kalıptan çıkartılıp fabrikadan taşınmasıyla başlar. Gönderilmesi planlanan uzun mesafeler için kanatın yüklenip taşınması sırasında bağlantı noktalarında küçük hasarlar meydana gelebilir. Montaj sırasında bu durum daha çok tetiklenebilir. Öncesinde belirtilen gerek iklim koşulları, gerekse aerodinamik yükler bu durumu artırıcı yönde etki eder. Bütün bu etkilerin neticesinde dünya üzerinde kurulu rüzgar çiftliklerinde karşılaşılan kanat kırılmalarına ait bir çok kazaya rastlanmıştır. Dolayısıyla Amerika ve Almanya gibi birçok ülke rüzgar çiftliklerinin sivil yerleşim bölgelerine yakın kurulmalarını yasaklamak için bir takım düzenlemeler yapmaktadır.
Generatör arızaları
Bir rüzgar türbinindeki generatör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek elektriği oluşturmaktan sorumludur. Generatör yapılarına bakıldığında, kafes tipi asenkron generatör, fırçasız geri beslemeli senkron generatör, çift beslemeli asenkron generatör, alternatif akım generatörü vb. çeşitleri ile karşılaşmak mümkündür. Rüzgar türbinlerinde bu generatör çeşitlerinden en çok çift beslemeli asenkron generatör tercih edilmektedir. Rüzgar enerjisi çevrim sistemlerindeki arızalar üzerine yapılan araştırmalar rüzgar türbinlerinin % 8.9’unun generatör arızalarından dolayı kullanılamaz hale geldiğini göstermektedir.
Rüzgar türbinlerinde kullanılan generatörlerde karşılaşılan arızaları iki ana başlık altında toplamak mümkündür. Bunlar mekanik arızalar ve elektriksel arızalardır.
Mekanik arızaları daha çok eksenden kaçıklık arızaları ve rulman arızaları oluştururken, elektriksel arızalar ise stator ve rotor sargı arızaları ve fırça bilezik arızalarından kaynaklanmaktadır. Rüzgar enerji sistemlerinde kullanılan generatörlerin eksenden kaçıklık arızaları tıpkı asenkron motorlarda olduğu gibi statik eksenden kaçıklık, dinamik eksenden kaçıklık ve dinamik/statik eksenden kaçıklık olarak üç farklı türde meydana gelebilir. Motorda meydana gelen mekanik arızaların yaklaşık % 80’i eksen kaçıklığına yol açar. Rüzgar türbinlerinde eksenden kaçıklık arızası dişli sistemi, kanat hareketleri vb. mekanik ve çevresel zorlamalardan kaynaklanabilir.
Rulman arızaları tüm makine arızalarının %40’ından daha fazla bir yer tutar. Bu profil rüzgar türbinleri için %45’den daha büyük bir orandadır. Rulman arızaları iç bilezik, dış bilezik, kafes ve bilye arızalarından oluşur. Elektriksel arızaların temelini oluşturan sargı arızaları ise mekanik, elektriksel ve çevresel zorlamalar sonucu ortaya çıkar.
Sapma sistemi arızaları
Sapma kontrol sistemi; kanatların istenilen açıya göre konumlandırılması için nacelle rotasyonunu kontrol eder. Genellikle sapma sistemlerinde, sapma tahrik millerinde çatlamalar, dişlilerde diş kırıkları, sapma rulmanında çukurlaşma ve rulman yatağındaki montaj cıvatalarında hasarlarla karşılaşılır. Olağan dışı hava koşullarındaki buzlanma ve aşırı yük durumundaki yüksek vibrasyon sorunu da bu sistemlerde arızaların oluşmasına neden olmaktadır.
Dişli kutusu arızaları
Dişli kutusunun ana işlevi, rüzgar enerjisini generatör giriş hızına karşılık gelecek seviyeye çıkartarak generatöre iletmektir. Şu anda piyasada bulunan rüzgar türbinlerinin bir çoǧu türbin rotoru ve elektrik generatörü arasında sabit bir dişli oranı kullanılarak üretilmektedir. Deǧişken oranlı dişli kutusu sabit hızlı bir generatör ile rüzgar türbinine yüksek aerodinamik verimlilik elde etme imkanı saǧlar.
Genellikle dişli kutuları yüksek giriş hızı ve transmisyon oranı elde etmek için paralel dişli yapısında dizayn edilir. Uzun süre ağır çalışma koşulları altında kalan rüzgar türbinlerindeki dişli kutularında karşılaşılan arızalar; şaftın eksen kaçıklığı, rulman hasarı, dişli kırıkları, şaft dengesizliği vb. olarak karşılaşılmaktadır.
