Il settore delle utilities è ormai pronto all’avvento di nuove tecnologie. Le innovazioni hanno come scopo quello di aumentare l’efficienza e di ridurre i costi, sia del bene prodotto sia delle modalità di distribuzione e della manutenzione degli impianti. La digitalizzazione in ambito energetico è volta in primo luogo a favorire l’adozione di fonti di energia pulita, a renderle quindi maggiormente appetibili sul mercato, ottenendo un prezzo inferiore rispetto a quello delle fonti fossili e consentendo una maggiore facilità nella loro fruizione. Per diminuire il prezzo, il primo passo da fare è far scendere il costo di produzione di tale energia: per rendere concreto un simile scenario, una delle prime azioni da intraprendere potrebbe essere quella di aumentare l’efficienza dei sistemi di produzione. La produzione di energia eolica offshore è diventata una delle principali modalità di generazione di energia elettrica rinnovabile in Europa: al 2019 la capacità offshore è stata di 22,1 GW. Cosa può fare l’IoT nelle wind farm offshore?
Monitoraggio in tempo reale delle centrali
Per fornire un monitoraggio in tempo reale delle centrali eoliche e raccogliere dati in modalità wireless, ciascuna turbina può essere dotata al suo interno di un dispositivo IoT. Questo genere di piattaforma IoT può essere utilizzata per trasmettere i dati della tensione misurata, con l’obiettivo di sviluppare poi un modello circa la potenza della turbina eolica, quella che viene chiamata la curva di potenza, oltre all’analisi energetica per prevedere la durata della batteria dei nodi IoT.
Con l’aiuto dell’IoT possono essere trattati vari argomenti relativi alla generazione di energia eolica, tra cui le interazioni tra le turbine eoliche che compongono il parco eolico, esplorando varie topologie sottovento, nonché migliorando gli angoli di imbardata e di beccheggio in modo periodico. Ai fini della sincronizzazione e dell’archiviazione tra i nodi IoT del parco eolico, può essere impiegato il Network Time Protocol (NTP), un protocollo utilizzato per sincronizzare gli orologi dei computer su più sistemi da impiegare nel supporto della sincronizzazione su reti locali e Internet. L’NTP viene eseguito su entrambi i nodi IoT e sul server Web.
L’affidabilità delle turbine eoliche è strettamente legata al monitoraggio delle condizioni delle turbine eoliche; se si effettua in tempo reale l’intervento umano può essere ridotto al minimo. Soluzioni IoT possono essere utilizzate per fornire un monitoraggio e un controllo online del funzionamento dei sensori e degli attuatori della turbina eolica.
Inoltre, possono svolgere un ruolo significativo nella selezione del luogo più adatto per l’installazione di turbine eoliche. I sensori meteorologici installati nelle turbine sono progettati per monitorare specifici parametri ambientali, come la velocità del vento e la direzione, che sono essenziali per gli studi di affidabilità e rispondono alle condizioni meteorologiche in tempo reale.
L’IoT per la reportistica e la manutenzione predittiva
Il nucleo della valutazione dell’affidabilità delle turbine eoliche dipende direttamente dall’accuratezza delle misurazioni del profilo della struttura. Attraverso l’IoT è possibile ottenere dati storici, oltre ai rapporti di lavoro quotidiani per migliorare l’affidabilità a lungo termine e allo stesso tempo aumentare la produzione annuale di energia.
Le future turbine eoliche saranno auto-organizzate rispetto ai sensori e alle strategie di controllo dell’implementazione, in modo che possano ottimizzarsi automaticamente in qualsiasi momento a seconda delle condizioni metereologiche. Un turbina eolica è più efficiente quando fa freddo, ma la formazione di ghiaccio sulle pale può ridurre la produzione di energia fino al 20%. Inoltre, può causare svariati danni alla torre e una riduzione dell’affidabilità. Questo ha portato allo sviluppo di sistemi intelligenti di sbrinamento che si attivano in condizioni di gelo: l’IoT in questo caso consente l’azione combinata di sensori e database.
Nel caso in cui l’energia prodotta si abbassi troppo, l’IoT prenderà la decisione più efficace per continuare a produrre (o spegnere) ed eliminare il ghiaccio usando un sistema di riscaldamento e un piccolo ventilatore aggiuntivo integrato sulle pale. Altre tecniche utilizzate per mantenere il rotore della turbina in esecuzione senza problemi e per impedire che il ghiaccio aumenti gradualmente includono l’accelerazione o la decelerazione delle pale rotanti per scuoterle o l’uso di rivestimenti resistenti all’acqua.
Le turbine eoliche possono essere monitorate tramite sensori per tracciare il flusso d’aria e l’energia meccanica che viene estratta dal vento: devono essere quindi considerati altezza, posizione, precisione, durata, qualità e quantità dei sensori. Altresì, le migliori prestazioni dell’IoT dipendono da misure affidabili e identificate tra cui: campionamento, registrazione, gestione, recupero, qualità, quantità e formato dei dati, che dovrebbero essere tutti presi in considerazione.
Le turbine eoliche possono essere ottimizzate per le esigenze future attraverso la raccolta continua e regolare di dati di qualità, che viene misurata utilizzando il modello proposto in termini di rappresentatività, accuratezza e completezza. Usando l’IoT, l’operatore può confrontare tra prestazioni ideali ed effettive, con problemi tecnici, e identificare le cause alla radice dei due casi per raccomandare soluzioni individuali e sostenibili per questi problemi, predicendo guasti dei componenti e ottimizzando i programmi di manutenzione (manutenzione predittiva), che consentono di ridurre i costi di gestione delle turbine eoliche.
Conclusioni
Il progetto EU Horizon 2020 si prefigge di ridurre i costi di manutenzione delle turbine eoliche offshore utilizzando algoritmi predittivi di machine learning, IoT e cloud computing. L’obiettivo principale del progetto quinquennale è quello di sviluppare una piattaforma per l’analisi e la gestione dei dati raccolti dagli impianti di generazione di energia eolica offshore durante il loro funzionamento e utilizzare questi dati per sviluppare metodi per migliorare il funzionamento e la manutenzione (O&M, Operation & Maintenance) dei parchi eolici. Il progetto sta sviluppando strategie e strumenti di monitoraggio avanzati, oltre all’analisi delle prestazioni delle turbine eoliche in tempo reale. Una piattaforma ecosistemica di analisi IoT basata su cloud include modelli per il rilevamento, la diagnosi e la prognosi di guasti nei componenti delle turbine eoliche. La flessibilità e l’interoperabilità della piattaforma possono fornire una rete di analisi avanzata per promuovere una migliore comprensione delle prestazioni dei principali componenti delle turbine eoliche in funzione in tempo reale e per la diagnostica e la prognosi dei guasti, contribuendo a massimizzare la durata della turbina e minimizzando i costi di O&M. Ciò può comportare un aumento dell’affidabilità di un parco eolico e una diminuzione del numero di guasti e dei tempi di inattività di un generatore eolico (WTG), un aumento della durata dei componenti chiave della turbina e una riduzione dei costi di O&M, riducendo le risorse necessarie per le ispezioni annuali delle turbine.
In sostanza, con l’impiego delle tecnologie IoT sono possibili i seguenti miglioramenti:
- riduzione di importanti interventi imprevisti attraverso l’identificazione precoce dei guasti, sia nel WTG che nella sottostruttura;
- prestazioni migliorate per le nuove centrali eoliche offshore e quindi per il costo dell’energia
- contributo al rafforzamento della base tecnologica europea industriale, creando così crescita e occupazione in Europa;
- generazione di sinergie nel campo delle strategie O&M con il settore eolico onshore;
- porre le basi per immettere sul mercato una serie di nuovi prodotti e servizi.
