Lógicamente, con una vida útil mínima esperada de 20 años, no es viable hacer estos ensayos en un emplazamiento en campo, bajo las cargas de viento reales que se encontrará el aerogenerador en servicio, sino que se debe diseñar ese ensayo de manera que se someta a la máquina a unos esfuerzos equivalentes, en un período de tiempomuchomás corto y razonable; debe acelerarse por tanto este ensayo de vida a fatiga. Por esta razón, el Departamento de Energía Eólica de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables) considera que es fundamental diseñar un plan de ensayos a medida y según los requerimientos de cada máquina. En primer lugar es necesario seleccionar una serie de cargas adecuadas: su magnitud, secuencia y aplicación, de forma que los componentes del aerogenerador sufran una solicitación de severidad equivalente a la que habrán de soportar durante 20 años de generación en un parque eólico. La aplicación de esas cargas se llevará a cabo en condiciones controladas, en instalaciones dotadas de un banco de pruebas provisto de motores y equipamientos hidráulicos, que permitan total flexibilidad para la introducción del conjunto de las solicitaciones en las distintas componentes de fuerzas y momentos. Este banco de ensayo acogerá al aerogenerador como tal, desprovisto de palas (que se ensayan por separado en su propio banco) y de torre. A lo largo del diseño de un aerogenerador, diferentes herramientas de análisis permiten calcular todas las solicitaciones, sobre todos los componentes que ensambla la máquina, basándose en distintos eventos puntuales y en un tratamiento estadístico de los vientos que previsiblemente actuarán en ese período de tiempo en el que estará en servicio la máquina, en ese emplazamiento, tanto en momentos de generación como de parada. De esta manera se posibilita el dimensionamiento de cada uno de los componentes, de forma que supere su período de vida previsto. El histórico de cargas para cada elemento constitutivo del aerogenerador recoge la secuencia completa de 20 años, divididos en distintos paquetes que se repetirán un determinado número de veces cada uno de ellos. Debido precisamente a la concomitancia de todas las direcciones en las cargas y a que el aerogenerador ensambla varios With an expected minimum service life of 20 years, it is obviously not viable to carry out these tests on site in the field, under the real wind conditions of a wind turbine in service. A test must therefore be designed that brings under the machine to equivalent stresses in a far shorter and more reasonable timeframe, thereby accelerating the fatigue life test. TheWind Energy Department at CENER, the National Renewable Energy Centre of Spain, believes that it is essential to design a customised testing programme that meets the requirements of each machine. First, a series of appropriate loads has to be selected, including their level, sequence and application, so that the wind turbine components undergo severity stresses equivalent to those that it would have to withstand over 20 years generating energy in a wind farm. These loads are applied under controlled conditions, in installations equipped with a test bench incorporating motors and hydraulic systems, providing total flexibility to introduce every type of stress, force and torque to the different components. This test bench will incorporate the wind turbine as it is, without its blades (that are tested separately on their own test bench) and tower. During the wind turbine design, different analytical tools are able to calculate all the stresses of every component that comprises the machine, based on different events and on a statistical processing of the winds that are forecast during the period in which the machine is in service at that site, both when generating power and when stopped. As such, each component can be dimensioned so that it outstays its expected lifetime. The load history for each element comprising the wind turbine covers the complete sequence of 20 years, divided into different packages, each of which are repeated a specific number of times. Due to the concurrence of all the directions on the loads and the fact that the wind turbine brings together several moving components with different topologies of load transfer, the definition of this sequence of equivalent loads to accelerate the test time does not result in a direct extrapolation of the real loads anticipated on the machine. This means that an analysis has to be carried out to define impacts on the machine that induce the same anticipated damage to the components in question within the corresponding test period and that these in turn do not artificially overload other parts of the wind turbine. This detail is of maximum importance, given that an increase in load affects each component differently because of the way in which it operates. Machine failure could occur in a shorter time and in a different element to that expected, given that the magnitude of the proposed stress to accelerate the fatigue in UN PLAN DE ENSAYOS PARA CADA AEROGENERADOR La industria eólica, como cualquier otro sector, precisa poner en el mercado productos de fiabilidad demostrada. Especialmente hoy en día, con la realidad de los aerogeneradores multimegavatio y marinos, cuyos costes de parada y reparación, debido a la interrupción en la generación y la accesibilidad problemática, penalizan más que nunca el retorno de la inversión. La manera de asegurar esa fiabilidad pasa indefectiblemente por el ensayo de la máquina. Este ensayo debe condensar todas las solicitaciones que la máquina sufrirá a lo largo de su vida para probar que el diseño es el adecuado. A TEST PROGRAMME FOR EVERY WIND TURBINE Like any other sector, thewind power industry has to be able to offer the market productswith proven reliability. Particularly today,with the existence of multimegawatt and offshorewind turbines,where stoppage and repair costs arising from generation interruptions and problems of accessibility, penalise the return on investment more than ever.Machine testing is undeniably theway to guarantee the required level of reliability. This test has to condense all the stresses towhich the machine is subjected throughout its service life to demonstrate that the design is adequate. Modelo virtual 3D de aerogenerador en banco de ensayo para definición de análisis multibody | Virtual 3D wind turbine model on the test bench for multibody analysis definition Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) Ciudad de la Innovación, nº 7 31621 - Sarriguren, Navarra (España) T + 34 948 25 28 00 info@cener.com www.cener.com www.futurenergyweb.es 6 FuturEnergy | Junio June 2017 En Portada | Cover Story
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