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運用風機運轉噪音於葉片初期損傷診斷

摘要"

近年來由於溫室效應所帶來的氣候變遷,大家意識到再生能源的重要性,為了降低溫室氣體的排放,世界各國相繼將發展再生能源列為重要目標。在所有再生能源當中,風力發電具有較高的經濟效益,技術方面之發展亦較為成熟,因此風力發電的技術在近十幾年來迅速增長[1]。台灣西部沿海擁有優良的風場環境,風力發電也就成為台灣的能源發展重點[2],目前政府更積極發展離岸風力發電,希望儘可能提升再生能源的發電比例,因此有海陸千架風機計畫之產生[3]。但由於風機建置成本相當高,就離岸風機而言,其建置成本依國際再生能源學會的統計資料[4],每一MW約在1億台幣至1.5億台幣左右,以目前離岸風機的容量約4MW,則一台離岸風機的成本約在4億至6億台幣之間。

關鍵詞:風機、葉片損傷、運轉噪音、時頻分析。

因此,如何在風機發生重大損傷之前即能加以發現維修,是降低營運成本與延長風機使用壽命的重要因素。就風力發電的業者而言,在風機設立進行營運之後,如果可以在約20年左右的營運期間,僅作葉片維修而不用進行葉片更換,乃是最省成本的營運方式。而在風力發電的所有元件中,風機葉片約占風機整體建置成本40%左右,且葉片是最容易損壞的部分,長時間暴露在外頭,受到嚴苛的環境考驗,例如:強風、高溫、潮濕、雷擊…等環境因素,葉片的維護也是最昂貴、費時的維修[5]。此外,葉片損壞可能導致旋轉質量不平均,甚至直接斷裂,如果不盡快維修可能導致整個風機系統的二次損壞[6]。因此,本研究希望能發展一檢測方法,針對風機葉片進行健康檢測,可以早期發現葉片表層的損傷,在造成葉片結構的重大損壞前即進行修補作業,將損失降到最低。
為了建立風機葉片健康診斷系統,有許多人提出風機葉片檢測的方法[7]。多數需要將風機停機才能夠進行葉片檢測,通常是利用敲擊方式激振,然後擷取振動訊號行分析。最近有利用超音波訊號偵測葉片內部之缺陷[8],或以聲發射(acoustic emission)方法,評估葉片結構的完整性[9]。然而,前述風機須停機且將葉片卸下以進行檢測之方法,對於營運中之風機將造成重大之損失。因而逐漸有風機不需要停機即能夠進行葉片健康的診斷方法提出。大部分的方法是在葉片的內部或表層,加裝感測器、麥克風,利用無線傳輸回傳訊號[10-12]方式為之。
目前國內風機葉片損傷之檢測係以專業人員在現場聽取聲音進行診斷,此一方式需要極專業之訓練,亦較不客觀。本研究所採取之方法是希望能不干擾風機運作之情況下進行,避免風機停機所造成之營運損失,因此,本研究所採取方式係在風機不停機情況下擷取其運轉噪音,經由運算得出一指標,再據以診斷葉片是否損傷。此一方式操作簡單,所得數據亦較客觀,可以提供風機營運單位檢測葉片狀態,提早獲知葉片之初期損傷,及早安排修護,避免重大損傷之發生。……(更多內容,請見機新刊雜誌)

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