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PLC

動物保護行動 | 萬可控制器,風力發電避免鳥類撞擊的秘密武器

  2020年01月10日  

  風電運營商的目標是優化停機時間并增加收益。然而,天空中有飛行類動物出沒的地方便存在造成昂貴停機時間的風險——為此,Senvion正在考慮做出改變。

  在萬可的幫助下,風力渦輪機制造商為運營商應對“蝙蝠保護”等變化情況提供了更具靈活性的選擇。

  日期、風速和溫度:構成天氣預報的基礎信息即預示著蝙蝠的飛行計劃。“這些信息對于獲取可靠的蝙蝠活動情況必不可少,”萬可工程師NinoFlottmann解釋道。而這樣做的目的又是什么呢?簡而言之,即是保護動物。

森林變為風電區

  背景:森林已成為風能的重要區域。然而,由于自然保護和技術水平的限制,這在風力發電之初是無法想象的。可是,能源和氣候政策目標依然需要滿足。這就是為什么德國約26,000臺風力渦輪機中有近5%都位于森林且這一趨勢正在日益增長。

  但是,這些風力渦輪機必須與森林“居民”共享空間。在目前高達200米的渦輪機中,機艙延伸至樹蔭頂部,巨大的旋轉葉片在樹梢上方轉動。它們已深入蝙蝠的飛行領域。

蝙蝠撞擊問題

  “我們希望而且必須避免蝙蝠因撞擊到風力渦輪機而受到傷害,”Senvion的高級SCADA工程師Jochen Poitzsch表示。他所在的公司是一家風力渦輪機制造商,已在全球安裝了7,800多臺近海和海上渦輪機。更何況,不僅撞擊到旋轉葉片會使蝙蝠致命,空氣湍流也會為其帶來危險。

  ?自適應算法能讓我們快速、靈活且輕松應對不斷變化的條件。?

  最重要的環境保護法規《聯邦排放控制法案(BImSchG)》規定——保護蝙蝠的唯一方法即是暫時關停風力渦輪機。

  聯邦政府也在其風電條例中對這一點做出了要求。這項要求不僅適用于森林中的渦輪機,也同樣適用于所有近海站點。尤其在未被森林覆蓋的地區還常有普通伏翼蝠和褐色大蝙蝠出沒,并且二者均為瀕危物種紅色名錄所列及物種。

  “當風力渦輪機所在位置滿足蝙蝠活動的特定時間和氣象條件時,我們必須將其關停。但運營商的本意是減少系統停機時間。因為每千瓦 · 時對他們來說都很重要,”監控與數據采集(SCADA)專家Poitzsch解釋道。

靈活算法取代傳感器

  借助萬可控制器,這一區域的問題可迎刃而解:不同于常規情況下總是在蝙蝠出沒的特定時間段將風力渦輪機置于停機狀態,萬可可編程邏輯控制器(PLC)可根據不同站點調整關停時間,從而使整個系統得以優化。

  迫于實際情況,我們需要外部控制器對這一問題進行處理。“法律法規持續完善,要求也不斷變化且因各州而異,”Jochen Poitzsch解釋說。替代方案即是對風力發電機的SCADA控制器進行更新,以應對各種要求的變化— —而Senvion認為這極其耗時。

  因此,改善后的全新解決方案為:“關停決定將不再基于檢測蝙蝠出現情況的昂貴傳感器,”萬可工程師Nino Flottmann解釋道。而是基于將眾多科學性決定因素納入考慮之中的靈活算法,這些因素包括日出及日落、溫度、風速和降水等,并可追溯至WINDBAT研究機構。

  該機構對近海風力渦輪機發生蝙蝠碰撞的風險進行了研究。作為其科學研究的一部分,研究小組還開發了“ProBat”軟件工具。該工具一方面可用來計算適于風力渦輪機的蝙蝠友好型操作算法,另一方面也為Senvion的解決方案奠定了基礎。“然后,我們即可直接運用來自風力渦輪機SCADA系統的本地氣象數據,”Flottmann補充說道。

  而這要歸功于萬可PLC的開放式接口。NinoFlottmann通過Web界面對所有其他數據進行了參數化。如果所有關停條件都滿足,則風力渦輪機的SCADA系統將會收到萬可控制器的停止命令,緊接著轉子也會停止轉動。

  所有關停及系統當前狀態信息均存儲于文件中,并按月發送至發電廠運營商。系統狀態也可通過簡單網絡管理協議(SNMP)隨時查詢。

  如果法律要求發生變化,運營商還可在不花費大量時間和精力的情況下將控制器保持在最新狀態:運營商在算法中相應更改默認值,并將文件存儲在SD卡上或在線存儲。之后,一旦數據加載至萬可控制器,新的數值就會自動應用。

優化停機時間

  Senvion現在已為德國境內約100臺風力發電機配備了更靈活的控制器。不過,該項目并未止步于此。首先,這一應用目前正在邁向國際化并在為歐洲范圍內的推廣做準備。其次,該技術解決方案還可將應用范圍從蝙蝠擴展至鳥類保護。

  雖然很難確定該控制器每年能夠為風力渦輪機提高多少回報率。“但值得肯定是,停機時間已經得到優化,”Jochen Poitzsch總結道,因為自適應算法使風力渦輪機制造商能夠快速、靈活且輕松應對不斷變化的條件。

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