Principais causas dos problemas das turbinas eólicas com caixa multiplicadora – Parte 1

Os aerogeradores que incluem caixas multiplicadoras (gearbox) no seu sistema continuam a ser alvo de vários problemas relacionados diretamente com este setor, mais propriamente problemas com os rolamentos, que são originados nomeadamente devido a erros de design, manutenção defeituosa, condições climatéricas, pás, etc.

Os defeitos nos rolamentos localizados nas caixas de velocidades são atualmente um dos problemas mais preocupantes nas turbinas eólicas.

Mas existem outros rolamentos responsáveis por enormes perdas de produção, que envolvem normalmente elevados tempos de paragens, o responsável é o rolamento principal do veio do rotor (main bearing).

Este ano a Siemens que é um dos principais fabricantes de turbinas eólicas reportou a utilização de um orçamento de 48 milhões de euros para inspeção e substituição de rolamentos principais defeituosos nos seus aerogeradores.

Problemas estruturais e mecânicos (que podem resultar no colapso da torre) devem-se principalmente a erros do sistema de controlo e falta de manutenção eficaz.  Possivelmente se não fosse governo a subsidiar esses sistemas, eles não teriam sido construídos dessa forma.

Saiba mais sobre as principais avarias eléctricas e mecânicas em aerogeradores.

Vamos abordar as principais causas dos problemas nas turbinas eólicas com caixas multiplicadoras

As turbinas geram energia através da rotação por indução do vento em duas ou três pás aerodinâmicas em volta de um rotor. O rotor é conectado ao eixo principal que por sua vez é conectado a um gerador que roda para produzir eletricidade.

Existem turbinas eólicas com potências desde 100 kW (ou inferiores) até valores superiores a 6.000 kW. As turbinas eólicas podem gerar eletricidade para executar uma única função (por exemplo, uma bomba de irrigação de água) numa instalação particular ou podem produzir eletricidade para injetar na rede elétrica.
A capacidade de produção de energia anual das turbinas eólicas nos Estados Unidos continua a crescer exponencialmente. Esse crescimento é impulsionado por créditos de investimento, metas governamentais de produção obrigatória de eletricidade a partir de fontes renováveis, necessidade crescente de energia, e outros fatores.

Montagem das pás num aerogerador
Os maiores fabricantes de turbinas eólicas são: General Electric, Vestas, Siemens, Clipper, Mitsubishi, Suzlon, Alstom, e Gamesa.

Os principais componentes de uma turbina eólica são:

Torre

Fundação

Nacelle

Pás

Transformador

Gerador

Rotor

Travão do rotor

Cauda (Nem todas têm)

Caixa de velocidades (gearbox)

Painel de controlo

Eixos

Sistema de controlo de pás (Pitch)

Sistema de orientação (Yaw)

Anemómetro

Cata-vento

Uma instalação de energia eólica comercial, numa escala típica consiste de dezenas a centenas de turbinas eólicas capazes de gerar centenas de megawatts de energia.
Além das turbinas eólicas, outras instalações associadas a um projeto de parque eólico incluem estradas de acesso, linhas subterrâneas de transporte de energia, linhas de ligação acima do solo, torres e construção de instalações para operações e manutenção.

Aerogerador Offshore Alstom Haliade 150 – 6 MW
Turbina eólica de 6.000 KW

A vida útil de uma turbina eólica foi inicialmente prevista para ser de 20 anos, no entanto isso nem sempre se verifica. Por exemplo, os rolamentos das caixas multiplicadoras tendem em dar problemas mais prematuramente. Existem vários fatores para isso acontecer incluindo a falta de conhecimentos acerca de como estes se comportam no decorrer de tempestades e ventos fortes.

Verifica-se também certa imaturidade da indústria eólica uma vez que se verifica uma rápida evolução das turbinas para tamanhos extra grandes com uma má compreensão das cargas das turbinas e um emergente problema nos rolamentos das turbinas denominado de  rotura axial.

Rotura axial numa caixa multiplicadora de velocidades

De facto, os fabricantes apenas dão 2 anos de garantia. Isto reflete bem a ideia deste problema. Uma forma de reduzir os riscos é a criação de seguros que sustentam as perdas de produção e cobrem os materiais e mão-de-obra para as reparações.

Esquema simplificado de Turbina Eólica

Com base em investigações, as causas mais comuns encontradas em falhas de turbinas eólicas são:

Rolamentos e problemas com a caixa multiplicadora

Relâmpagos

Pás e a sua instalação

Problemas Mecânicos (geradores e transformadores)

Falhas hidráulicas

Sistemas elétricos das turbinas eólicas e dos parques eólicos

Falhas na rede elétrica

Incêndio na nacelle

Manuseamento inadequado durante o transporte, construção e montagem

Erro humano

Colapso da turbina

Catástrofes naturais

Sistema de Yaw (sistema de orientação)

Stress Axial

Fundação

Gelo

Acumular de insetos e sujidade

Em turbinas eólicas offshore, o conversor de potência tem elevadas altas taxas de avaria. (portal-energia)