A energia eólica é uma das fontes de geração de energia que se consolidou como uma energia renovável não convencional no decurso dos últimos anos. Em particular, em Uruguai, este tipo de geração de energia foi imposto repentinamente na atualidade, no marco de uma política energética 2005-2030, que aposta, entre outras coisas, a uma diversificação da matriz energética, procurando impulsionar as energias renováveis, eliminando assim a dependência do petróleo, e aproveitando os recursos autóctones.Neste contexto, é de grande importância a gestão da manutenção de turbinas eólicas, a fim de maximizar sua disponibilidade. Portanto, este trabalho tem como objetivo atender a manutenção em termos gerais, localizando as taxas de falha do caso estudado em relação aos dados estatísticos da indústria, e tentar encontrar soluções para falhas que geram maior indisponibilidade e, consequentemente, maior perda econômica. Estudaram-se em particular as falhas de três componentes que geram grande indisponibilidade: danos das pás, danos dos rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora e falhas nas caixas redutoras do sistema de orientação. Em relação a cada uma dessas falhas, se apresentou uma proposta para melhorar o plano de manutenção associado. Em particular, no caso da falha das redutoras do sistema de orientação também se estudou sua origem. No caso de danos de rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora, também se estudou a possibilidade de utilizar os dados do sistema SCADA como ferramenta de manutenção preditiva, mas sem encontrar técnicas para obter conclusões claras nos casos estudados. / La energía eólica es una de las fuentes de generación de energía que se ha consolidado como una energía renovable no convencional en el correr de los últimos años. En particular, en Uruguay, este tipo de generación de energía se ha impuesto repentinamente en la actualidad, en el marco de una política energética 2005-2030, la cual, apuesta, entre otras cosas, una diversificación de la matriz energética, procurando impulsar las energías renovables, eliminando así la dependencia del petróleo, y aprovechando los recursos autóctonos. En este contexto, es de gran importancia la gestión del mantenimiento de aerogeneradores, con el fin de maximizar la disponibilidad de los mismos. Por lo tanto, en este trabajo se pretende conocer las tareas de mantenimiento en términos generales, ubicar las tasas de falla del caso estudiado en relación a datos estadísticos de la industria, y procurar encontrar soluciones para aquellas fallas que generan mayor indisponibilidad y, consecuentemente, mayor pérdida económica. Se ha hecho especial énfasis en el estudio de fallas de tres componentes que generan grandes indisponibilidades: daños de palas, daños de rodamientos y engranajes de multiplicadoras, y fallas de reductoras del sistema de orientación. En relación a cada una de estas fallas, se ha presentado una propuesta de mejora del plan de mantenimiento asociada. En particular, en el caso de la falla de las reductoras del sistema de orientación se ha estudiado también su naturaleza. En el caso de daños de rodamientos y engranajes de multiplicadora, se ha estudiado también la posibilidad de utilizar los datos del sistema SCADA como herramienta de mantenimiento predictivo, aunque sin encontrarse técnicas que permitan obtener conclusiones claras en los casos estudiados.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Área de especialização de Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Objeto do presente trabalho é a análise dos fundamentos técnicos, do uso de materiais, da configuração construtiva e das causas principais de avaria de aerogeradores de pequeno porte existentes para a geração de energia elétrica, dos pré-requisitos locais e das exigências resultantes para a aplicação desta tecnologia no Brasil. Avalia-sa ainda a concepção do projeto de um novo aerogerador de pequeno porte adaptado às exigências locais. Para a introdução temática, discute-se de forma resumida a situação da política energética e a situação do uso de energias regenerativas, especialmente da energia eólica, bem como as possibilidades de uso de aerogeradores de pequeno porte para a eletrificação rural no Brasil. Sob o fundamento da análise da situação nacional e internacional da tecnologia e do uso de materiais em aerogeradores de pequeno porte, são examinados, no segundo capítulo, os pré-requisitos específicos meteorológicos, técnicos do sistema e sócio-econômicos para o uso de aerogeradores de pequeno porte no Brasil. Ë disscutido ainda as exigências resultantes da configuração construtiva, da técnica da regulagem e à seleção de materiais. Baseados nas análises acima, desenvolve-se no terceiro capítulo a concepção do projeto detalhado, específico em relação aos componentes de um novo aerogerador de pequeno porte, em sintonia com as exigências à colocação desta tecnologia no mercado brasileiro com sucesso. Neste contexto, pode-se recorrer a pesquisas próprias, especialmente à análise da fase de teste de três anos de um aerogerador de pequeno porte no âmbito de um sistema híbrido em Großschirma (Alemanha), bem como ao projeto de pesquisa e de desenvolvimento para a otimização de componentes individuais, especialmente do sistema de frenagem e do monitoramento de dados à distância de aerogeradores de pequeno porte, cujos resultados são documentados no quarto capítulo. Concluindo, são analisadas as perspectivas do uso de aerogeradores de pequeno porte, bem como do desenvolvimento do mercado nacional e internacional, bem como as oportunidades de negócio resultantes da máquina projetada. / The aim of this work is the analysis of the technical bases, the material usage, the constructive lay-out and the main failure causes' existing small wind power plants for electricity generation, the local prerequisites and resulting demands for the successful application of this technology in Brazil as well as the outline conception of a new small wind turbine adapted to the local requirements. For the thematic introduction the situation of energy policy and the degree of utilisation of regenerative energies, particularly the wind energy as well as the ranges of application of small wind power plants for the rural electrification in Brazil will be resumed. On the basis of the analysis of the national and international state-of-the-art and material use for small wind power plants the specific meteorological, system technical and socio-economic prerequisites for the use of small wind power systems in Brazil are examined and arising from it the demands on the constructive lay-out, the flow technology design and the material choice are explained in the second chapter. Based on this in the third chapter a detailed, component specific outline conception of a new small wind power generator, with the demands to the successful placing of this technology on the Brazilian market, is developed. Thereby can be hearken back to own examinations, particularly the analysis of a three-year test stage of a small wind power plant in conjunction with the hybrid system in Großschirma (Germany) like also the research and development project for the optimization of individual components, especially the braking system and the data remote monitoring of wind turbines whose results are documented in the fourth chapter. In conclusion, the prospects of the use of small wind power plants as well as the national and international market trend and the enterprise chances arising from it of the designed plant are analysed.

A energia eólica é uma das fontes de geração de energia que se consolidou como uma energia renovável não convencional no decurso dos últimos anos. Em particular, em Uruguai, este tipo de geração de energia foi imposto repentinamente na atualidade, no marco de uma política energética 2005-2030, que aposta, entre outras coisas, a uma diversificação da matriz energética, procurando impulsionar as energias renováveis, eliminando assim a dependência do petróleo, e aproveitando os recursos autóctones.Neste contexto, é de grande importância a gestão da manutenção de turbinas eólicas, a fim de maximizar sua disponibilidade. Portanto, este trabalho tem como objetivo atender a manutenção em termos gerais, localizando as taxas de falha do caso estudado em relação aos dados estatísticos da indústria, e tentar encontrar soluções para falhas que geram maior indisponibilidade e, consequentemente, maior perda econômica. Estudaram-se em particular as falhas de três componentes que geram grande indisponibilidade: danos das pás, danos dos rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora e falhas nas caixas redutoras do sistema de orientação. Em relação a cada uma dessas falhas, se apresentou uma proposta para melhorar o plano de manutenção associado. Em particular, no caso da falha das redutoras do sistema de orientação também se estudou sua origem. No caso de danos de rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora, também se estudou a possibilidade de utilizar os dados do sistema SCADA como ferramenta de manutenção preditiva, mas sem encontrar técnicas para obter conclusões claras nos casos estudados. / La energía eólica es una de las fuentes de generación de energía que se ha consolidado como una energía renovable no convencional en el correr de los últimos años. En particular, en Uruguay, este tipo de generación de energía se ha impuesto repentinamente en la actualidad, en el marco de una política energética 2005-2030, la cual, apuesta, entre otras cosas, una diversificación de la matriz energética, procurando impulsar las energías renovables, eliminando así la dependencia del petróleo, y aprovechando los recursos autóctonos. En este contexto, es de gran importancia la gestión del mantenimiento de aerogeneradores, con el fin de maximizar la disponibilidad de los mismos. Por lo tanto, en este trabajo se pretende conocer las tareas de mantenimiento en términos generales, ubicar las tasas de falla del caso estudiado en relación a datos estadísticos de la industria, y procurar encontrar soluciones para aquellas fallas que generan mayor indisponibilidad y, consecuentemente, mayor pérdida económica. Se ha hecho especial énfasis en el estudio de fallas de tres componentes que generan grandes indisponibilidades: daños de palas, daños de rodamientos y engranajes de multiplicadoras, y fallas de reductoras del sistema de orientación. En relación a cada una de estas fallas, se ha presentado una propuesta de mejora del plan de mantenimiento asociada. En particular, en el caso de la falla de las reductoras del sistema de orientación se ha estudiado también su naturaleza. En el caso de daños de rodamientos y engranajes de multiplicadora, se ha estudiado también la posibilidad de utilizar los datos del sistema SCADA como herramienta de mantenimiento predictivo, aunque sin encontrarse técnicas que permitan obtener conclusiones claras en los casos estudiados.

A energia eólica é uma das fontes de geração de energia que se consolidou como uma energia renovável não convencional no decurso dos últimos anos. Em particular, em Uruguai, este tipo de geração de energia foi imposto repentinamente na atualidade, no marco de uma política energética 2005-2030, que aposta, entre outras coisas, a uma diversificação da matriz energética, procurando impulsionar as energias renováveis, eliminando assim a dependência do petróleo, e aproveitando os recursos autóctones.Neste contexto, é de grande importância a gestão da manutenção de turbinas eólicas, a fim de maximizar sua disponibilidade. Portanto, este trabalho tem como objetivo atender a manutenção em termos gerais, localizando as taxas de falha do caso estudado em relação aos dados estatísticos da indústria, e tentar encontrar soluções para falhas que geram maior indisponibilidade e, consequentemente, maior perda econômica. Estudaram-se em particular as falhas de três componentes que geram grande indisponibilidade: danos das pás, danos dos rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora e falhas nas caixas redutoras do sistema de orientação. Em relação a cada uma dessas falhas, se apresentou uma proposta para melhorar o plano de manutenção associado. Em particular, no caso da falha das redutoras do sistema de orientação também se estudou sua origem. No caso de danos de rolamentos e engrenagens da caixa multiplicadora, também se estudou a possibilidade de utilizar os dados do sistema SCADA como ferramenta de manutenção preditiva, mas sem encontrar técnicas para obter conclusões claras nos casos estudados. / La energía eólica es una de las fuentes de generación de energía que se ha consolidado como una energía renovable no convencional en el correr de los últimos años. En particular, en Uruguay, este tipo de generación de energía se ha impuesto repentinamente en la actualidad, en el marco de una política energética 2005-2030, la cual, apuesta, entre otras cosas, una diversificación de la matriz energética, procurando impulsar las energías renovables, eliminando así la dependencia del petróleo, y aprovechando los recursos autóctonos. En este contexto, es de gran importancia la gestión del mantenimiento de aerogeneradores, con el fin de maximizar la disponibilidad de los mismos. Por lo tanto, en este trabajo se pretende conocer las tareas de mantenimiento en términos generales, ubicar las tasas de falla del caso estudiado en relación a datos estadísticos de la industria, y procurar encontrar soluciones para aquellas fallas que generan mayor indisponibilidad y, consecuentemente, mayor pérdida económica. Se ha hecho especial énfasis en el estudio de fallas de tres componentes que generan grandes indisponibilidades: daños de palas, daños de rodamientos y engranajes de multiplicadoras, y fallas de reductoras del sistema de orientación. En relación a cada una de estas fallas, se ha presentado una propuesta de mejora del plan de mantenimiento asociada. En particular, en el caso de la falla de las reductoras del sistema de orientación se ha estudiado también su naturaleza. En el caso de daños de rodamientos y engranajes de multiplicadora, se ha estudiado también la posibilidad de utilizar los datos del sistema SCADA como herramienta de mantenimiento predictivo, aunque sin encontrarse técnicas que permitan obtener conclusiones claras en los casos estudiados.

Objeto do presente trabalho é a análise dos fundamentos técnicos, do uso de materiais, da configuração construtiva e das causas principais de avaria de aerogeradores de pequeno porte existentes para a geração de energia elétrica, dos pré-requisitos locais e das exigências resultantes para a aplicação desta tecnologia no Brasil. Avalia-sa ainda a concepção do projeto de um novo aerogerador de pequeno porte adaptado às exigências locais. Para a introdução temática, discute-se de forma resumida a situação da política energética e a situação do uso de energias regenerativas, especialmente da energia eólica, bem como as possibilidades de uso de aerogeradores de pequeno porte para a eletrificação rural no Brasil. Sob o fundamento da análise da situação nacional e internacional da tecnologia e do uso de materiais em aerogeradores de pequeno porte, são examinados, no segundo capítulo, os pré-requisitos específicos meteorológicos, técnicos do sistema e sócio-econômicos para o uso de aerogeradores de pequeno porte no Brasil. Ë disscutido ainda as exigências resultantes da configuração construtiva, da técnica da regulagem e à seleção de materiais. Baseados nas análises acima, desenvolve-se no terceiro capítulo a concepção do projeto detalhado, específico em relação aos componentes de um novo aerogerador de pequeno porte, em sintonia com as exigências à colocação desta tecnologia no mercado brasileiro com sucesso. Neste contexto, pode-se recorrer a pesquisas próprias, especialmente à análise da fase de teste de três anos de um aerogerador de pequeno porte no âmbito de um sistema híbrido em Großschirma (Alemanha), bem como ao projeto de pesquisa e de desenvolvimento para a otimização de componentes individuais, especialmente do sistema de frenagem e do monitoramento de dados à distância de aerogeradores de pequeno porte, cujos resultados são documentados no quarto capítulo. Concluindo, são analisadas as perspectivas do uso de aerogeradores de pequeno porte, bem como do desenvolvimento do mercado nacional e internacional, bem como as oportunidades de negócio resultantes da máquina projetada. / The aim of this work is the analysis of the technical bases, the material usage, the constructive lay-out and the main failure causes' existing small wind power plants for electricity generation, the local prerequisites and resulting demands for the successful application of this technology in Brazil as well as the outline conception of a new small wind turbine adapted to the local requirements. For the thematic introduction the situation of energy policy and the degree of utilisation of regenerative energies, particularly the wind energy as well as the ranges of application of small wind power plants for the rural electrification in Brazil will be resumed. On the basis of the analysis of the national and international state-of-the-art and material use for small wind power plants the specific meteorological, system technical and socio-economic prerequisites for the use of small wind power systems in Brazil are examined and arising from it the demands on the constructive lay-out, the flow technology design and the material choice are explained in the second chapter. Based on this in the third chapter a detailed, component specific outline conception of a new small wind power generator, with the demands to the successful placing of this technology on the Brazilian market, is developed. Thereby can be hearken back to own examinations, particularly the analysis of a three-year test stage of a small wind power plant in conjunction with the hybrid system in Großschirma (Germany) like also the research and development project for the optimization of individual components, especially the braking system and the data remote monitoring of wind turbines whose results are documented in the fourth chapter. In conclusion, the prospects of the use of small wind power plants as well as the national and international market trend and the enterprise chances arising from it of the designed plant are analysed.

Objeto do presente trabalho é a análise dos fundamentos técnicos, do uso de materiais, da configuração construtiva e das causas principais de avaria de aerogeradores de pequeno porte existentes para a geração de energia elétrica, dos pré-requisitos locais e das exigências resultantes para a aplicação desta tecnologia no Brasil. Avalia-sa ainda a concepção do projeto de um novo aerogerador de pequeno porte adaptado às exigências locais. Para a introdução temática, discute-se de forma resumida a situação da política energética e a situação do uso de energias regenerativas, especialmente da energia eólica, bem como as possibilidades de uso de aerogeradores de pequeno porte para a eletrificação rural no Brasil. Sob o fundamento da análise da situação nacional e internacional da tecnologia e do uso de materiais em aerogeradores de pequeno porte, são examinados, no segundo capítulo, os pré-requisitos específicos meteorológicos, técnicos do sistema e sócio-econômicos para o uso de aerogeradores de pequeno porte no Brasil. Ë disscutido ainda as exigências resultantes da configuração construtiva, da técnica da regulagem e à seleção de materiais. Baseados nas análises acima, desenvolve-se no terceiro capítulo a concepção do projeto detalhado, específico em relação aos componentes de um novo aerogerador de pequeno porte, em sintonia com as exigências à colocação desta tecnologia no mercado brasileiro com sucesso. Neste contexto, pode-se recorrer a pesquisas próprias, especialmente à análise da fase de teste de três anos de um aerogerador de pequeno porte no âmbito de um sistema híbrido em Großschirma (Alemanha), bem como ao projeto de pesquisa e de desenvolvimento para a otimização de componentes individuais, especialmente do sistema de frenagem e do monitoramento de dados à distância de aerogeradores de pequeno porte, cujos resultados são documentados no quarto capítulo. Concluindo, são analisadas as perspectivas do uso de aerogeradores de pequeno porte, bem como do desenvolvimento do mercado nacional e internacional, bem como as oportunidades de negócio resultantes da máquina projetada. / The aim of this work is the analysis of the technical bases, the material usage, the constructive lay-out and the main failure causes' existing small wind power plants for electricity generation, the local prerequisites and resulting demands for the successful application of this technology in Brazil as well as the outline conception of a new small wind turbine adapted to the local requirements. For the thematic introduction the situation of energy policy and the degree of utilisation of regenerative energies, particularly the wind energy as well as the ranges of application of small wind power plants for the rural electrification in Brazil will be resumed. On the basis of the analysis of the national and international state-of-the-art and material use for small wind power plants the specific meteorological, system technical and socio-economic prerequisites for the use of small wind power systems in Brazil are examined and arising from it the demands on the constructive lay-out, the flow technology design and the material choice are explained in the second chapter. Based on this in the third chapter a detailed, component specific outline conception of a new small wind power generator, with the demands to the successful placing of this technology on the Brazilian market, is developed. Thereby can be hearken back to own examinations, particularly the analysis of a three-year test stage of a small wind power plant in conjunction with the hybrid system in Großschirma (Germany) like also the research and development project for the optimization of individual components, especially the braking system and the data remote monitoring of wind turbines whose results are documented in the fourth chapter. In conclusion, the prospects of the use of small wind power plants as well as the national and international market trend and the enterprise chances arising from it of the designed plant are analysed.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-10-31T13:13:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) dissertação-gtmcp.pdf: 3816715 bytes, checksum: 62884025e3b46ccd2ed4173da3a2efde (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-31T13:13:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) dissertação-gtmcp.pdf: 3816715 bytes, checksum: 62884025e3b46ccd2ed4173da3a2efde (MD5) Previous issue date: 2016-09-05 / Aerogeradores modernos são capazes de coletar e armazenar uma enorme quantidade de informações graças ao sistema de controle supervisório e aquisição de dados (SCADA) neles comumente embarcados. Esses dados são, porém, muitas vezes negligenciados em lugar de empregados em prol da otimização das tarefas de operação, manutenção e maximização de performance das centrais eólicas. Com vistas a explorar ao máximo as informações provenientes do sistema SCADA, este trabalho estabelece um sistema de detecção e diagnóstico de falhas relativas à potência ativa do aerogerador. Desvios de potência são detectados por meio da comparação entre dados observacionais da potência ativa e saídas de modelos uni e multivariáveis. Caso detectados, os desvios na potência são submetidos a um método de diagnóstico inovador baseado na informação mútua entre variáveis do SCADA e os próprios desvios. Tal método tem como objetivo indicar as variáveis do SCADA que melhor explicam os desvios de potência ativa. O sistema de detecção e diagnóstico de falhas aqui proposto foi aplicado a dois estudos de caso utilizando-se de dados observacionais de aerogeradores reais de uma dada central eólica, cedidos em regime de confidencialidade pela empresa proprietária da central. A validação dos modelos se dá através da comparação entre seus resultados e os metadados do livro de ocorrências da central eólica. É observado que o método de detecção de falhas foi capaz de identificar até 100% dos dados com falha para um dos casos apresentados, apesar de apresentar dificuldades na detecção de pequenas variações de potência no segundo caso, detectando apenas 47,18% dos dados com falha. Contudo, o novo método de diagnóstico se mostrou eficaz em apontar as variáveis com maior possibilidade de explicar as variações da potência, mesmo para falhas similares. As variáveis que se destacaram coincidiram com a causa raiz dos problemas apresentados segundo o livro de ocorrências da central eólica. / Wind turbines are capable of collecting and storing a great amount of information due to the supervisory control and data acquisition systems (SCADA) usually boarded in modern machines. These data, however, are neglected in most cases rather than employed to optimize the mainenance and operation tasks and maximize the performance of wind farms. Aiming to exploit SCADA data information, this work establishes a wind turbine performance fault detection and diagnosis system, with respect to the wind turbine generator active power. Power deviation is detected through comparison between observational active power data and the output of uni and multivariable models. If detected, power deviation is subjected to an innovative fault diagnosis method based on the mutual information between itself and the SCADA data. This method aims to identify which SCADA variables best explain active power deviations. The fault detection and diagnosis system hereby proposed are applied to two case studies based on real wind turbine generator data of a specific wind farm, given under confidential clauses. It is observed that the failure detection method was capable of detecting 100% of the data with failure for one of the study cases, even though it presented difficulties to detect the failure for smaller residual variations, resulting in a 47,18% detection rate. Nonetheless, the new diagnosis method showed itself efficient in pointing SCADA variables prone to explain active power deviation, even for similar failure modes. The SCADA variables indicated the failure root cause according to the wind farm metadata logbook.