Đăng ký thành viên

Tích hợp công nghệ: Tăng cường tự động hóa trong các nhà máy năng lượng tái tạo

Tự động hóa nhằm giảm sự phụ thuộc vào sức lao động của con người trong các nhiệm vụ về tổ chức, ưu tiên phân công các nhiệm vụ đơn giản hơn, lặp đi lặp lại để giải phóng nguồn nhân lực cho các nhiệm vụ đòi hỏi kỹ năng thủ công đặc biệt. Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, việc tích hợp tự động hóa vào các quá trình thiết kế và phát triển các thành phần mang lại những cải tiến hiệu quả chưa từng có. Tự động hóa mang lại độ chính xác cao cho các quy trình chế tạo, giảm thiểu nguy cơ khiếm khuyết và đảm bảo chất lượng ổn định.

Tự động hóa ngành điện gió

Tự động hóa và số hóa giúp giảm chi phí O&M, vốn chiếm một phần đáng kể trong chi phí vận hành trang trại gió (Ảnh st)

Ngành gió đã áp dụng tự động hóa và số hóa, khai thác lợi thế dữ liệu thời gian thực để phát hiện chạm chập cũng như hợp lý hóa việc vận hành và bảo trì (O&M) các nhà máy điện gió. Trọng tâm chính trong ngành gió là giảm chi phí O&M, vốn chiếm một phần đáng kể trong chi phí vận hành trang trại gió. Việc đổi mới công nghệ và các dịch vụ chuyên biệt đang giải quyết chi phí O&M ngày một tăng cao, thường là do hỏng các linh kiện và các thách thức hậu cần. Mặc dù khoản đầu tư ban đầu cần thiết cho các công nghệ thông minh có thể cao hơn nhưng cuối cùng chúng góp phần giảm chi phí tổng thể thông qua khả năng phát hiện ngày càng nhiều các sự cố và đơn giản hóa các quy trình bảo trì.

Theo dõi từ xa bằng AI và ML

Các tuabin gió, không giống như các nhà máy điện mặt trời, có nhiều bộ phận chuyển động có thể dẫn đến hỏng hóc. Để giải quyết vấn đề này, các công cụ tiên tiến theo dõi từ xa là rất quan trọng, giúp dõi theo tính năng và cho phép chẩn đoán sự cố kịp thời. Các công cụ này, tích hợp với trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML), giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì tiên đoán và xử lý hiệu quả các tập dữ liệu lớn. Tự động hóa cải thiện hơn nữa hiệu suất đầu ra và cắt giảm chi phí. AI cũng cải thiện việc dự báo bằng cách liên tục phân tích dữ liệu môi trường, dẫn đến lập kế hoạch và hiệu suất vận hành tốt hơn. Ngoài ra, AI giúp thực hiện các hoạt động bảo trì bằng cách phát hiện các hình mẫu sửa chữa trong tương lai và tối ưu hóa kế hoạch làm việc. Theo dõi tính năng tuabin thời gian thực và thanh tra tự động là các trường hợp sử dụng khác của AI. Mặc dù phải trả các chi phí ban đầu nhưng các lợi nhuận dài hạn là đáng kể và với việc cải tiến đang diễn ra, dự kiến  O&M của điện gió sẽ trải qua biến đổi đáng kể trong tương lai gần.

Vật ghép đôi kỹ thuật số

Người ta đang ngày càng khám phá công nghệ vật ghép đôi kỹ thuật số trong lĩnh vực O&M điện gió, giống như việc áp dụng nó trong các lĩnh vực cơ sở hạ tầng khác. Về cơ bản, vật ghép đôi kỹ thuật số đại diện cho một bản sao ảo của một nhà máy điện gió thực, bao gồm các quy trình, hệ thống, điều kiện và thiết bị có thể tiếp cận được thông qua giao diện ảo. Ưu điểm của vật ghép đôi kỹ thuật số là rất đa dạng, từ giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động thông qua theo dõi từ xa đến giảm chi phí sản xuất và nâng cao lề lợi nhuận. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các quy trình chủ động và giảm sự cần thiết của nhân sự tại chỗ, cung cấp các năng lực theo dõi từ xa theo thời gian thực, hỗ trợ tiên đoán lỗi thiết bị và nâng cao hiệu suất vận hành. Hơn nữa, nó còn hỗ trợ xác định tuổi thọ còn lại của các bộ phận, hỗ trợ lập kế hoạch thay thế và tối ưu hóa quá trình phát điện.

Robot

Robot biết bò thanh tra bề mặt cấu trúc để tìm lỗi bằng bức xạ (Ảnh st)

Người ta hiện đang triển khai nhiều loại robot tại các địa điểm dự án điện gió để tự động hóa các hoạt động cụ thể. Ví dụ, robot biết bò thanh tra bề mặt cấu trúc để tìm lỗi bằng bức xạ, trong khi robot lái xe quản lý chuỗi cung ứng, từ vận chuyển thiết bị đến dỡ hàng và lắp đặt. Robot và tự động hóa đang cách mạng hóa các khía cạnh quan trọng của chế tạo tuabin gió. Tự động hóa đã cắt giảm đáng kể thời gian cần thiết cho việc sơn, phun cát và đánh bóng các cánh tuabin từ nhiều ngày xuống còn vài giờ, giúp tăng sản lượng. Robot đảm bảo phân phối sơn đồng đều và chính xác, ngăn ngừa các vấn đề về cân bằng so với sơn thủ công. Việc chế tạo trụ điện gió sẽ vất vả nếu không có sự hỗ trợ của robot, đặc biệt là khi hàn các bộ phận kết cấu do hình dạng phức tạp của chúng. Robot vượt trội trong các nhiệm vụ như mài cạnh bánh răng, cắt tỉa cánh tuabin, khoan và cắt gốc cánh tuabin với độ chính xác vượt trội. Bề mặt lớn và có đường viền của chúng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản xuất ổn định và giảm khả năng xảy ra sự cố thường xuyên trong hệ thống tuabin.

Máy bay không người lái

Máy bay không người lái cung cấp những hiểu biết chi tiết toàn diện hơn so với các đội thợ mặt đất và thường sử dụng để đánh giá địa điểm và các nhiệm vụ O&M. Mặc dù chi phí trả trước liên quan đến máy bay không người lái hoàn toàn tự động có thể rất lớn nhưng chúng góp phần đáng kể vào việc tiết kiệm thời gian vận hành và chi phí. Bằng cách tích hợp các máy bay không người lái tự động này với AI và phân tích nâng cao, có thể đạt được những cải tiến hơn nữa về hiệu suất O&M.

Camera nhiệt để thanh tra cánh tuabin

Camera nhiệt đóng vai trò vô cùng quan trọng để thanh tra các bộ phận của tuabin gió, bao gồm cả hệ thống điện và cơ. Bằng cách phát hiện các thay đổi nhiệt độ, chụp ảnh nhiệt cho phép người vận hành nhận dạng các trục trặc tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra. Các điểm phát nóng cục bộ cho thấy sự cố sắp xảy ra sẽ hiển thị trong các hình ảnh nhiệt, giúp hỗ trợ phát hiện sớm sự cố. Các camera này cũng có thể chỉ ra các rắc rối về hộp bánh răng và động cơ như lệch trục, cũng như các vấn đề về điện như kết nối lỏng lẻo và tải trọng không đều.

Các camera nhiệt đóng vai trò vô cùng quan trọng để thanh tra các bộ phận của tuabin gió, bao gồm cả hệ thống điện và cơ (Ảnh st)

SCADA

Phần mềm điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) theo dõi các quy trình công nghiệp bằng cách thu thập dữ liệu thời gian thực từ các địa điểm xa xôi để quản lý thiết bị và tình trạng. Điều này cho phép điều khiển và giám sát từ xa toàn bộ các công viên điện gió và các tuabin riêng lẻ. Các hệ thống SCADA cung cấp cái nhìn tổng quan bao quát về các tính năng quan trọng của tuabin gió, bao gồm nhiệt độ, góc nghiêng, tham số điện, tốc độ rotor và vận hành hệ thống đảo hướng để tối ưu hóa tính năng.

Tự động hóa trong điện mặt trời

Chi phí nhân lực thường chiếm 60-70% tổng chi phí O&M của các nhà máy điện mặt trời, nhưng tỷ lệ này đang giảm dần do việc áp dụng các công cụ kỹ thuật số và tự động hóa. Phần lớn việc phân bổ lực lượng lao động trong lĩnh vực O&M điện mặt trời dành cho các nhiệm vụ như làm sạch mođun, thanh tra và quản lý thảm thực vật. Vì các tấm pin mặt trời dựa vào ánh sáng mặt trời để phát điện nên điều quan trọng là phải thường xuyên vệ sinh chúng để duy trì tính năng tối ưu. Bên cạnh các phương pháp thủ công như phun nước bằng ống mềm hoặc sử dụng máy kéo, người ta sử dụng nhiều kỹ thuật cơ học, sơn phủ và tĩnh điện khác nhau để làm sạch các tấm quang điện mặt trời. Các phương pháp cơ học bao gồm kỹ thuật thổi khí, robot, thổi nước và rung siêu âm.

Theo dõi tự động và phân tích dữ liệu lớn

Theo dõi thời gian thực về tính năng thiết bị và sản xuất năng lượng là rất quan trọng để đảm bảo vận hành nhà máy tối ưu. Các hệ thống SCADA cho phép theo dõi từ xa năng suất nhà máy và xác định sự cố mà không làm gián đoạn hoạt động. Trong khi các nhà máy quy mô lớn sử dụng các hệ thống SCADA toàn diện thì các nhà máy phân tán nhỏ hơn thường dựa vào các hệ thống theo dõi dựa trên web hiệu quả hơn về mặt chi phí. Các hệ thống dựa trên web này cung cấp chức năng theo dõi và thu thập dữ liệu nhưng thiếu khả năng điều khiển từ xa của hệ thống SCADA.

Các cảm biến và Internet Vạn vật kết nối (IoT)

Quá trình số hóa trong các nhà máy điện bắt đầu bằng việc triển khai các cảm biến hỗ trợ IoT để theo dõi các tham số như nhiệt độ, tốc độ gió, bức xạ mặt trời và tình trạng thiết bị. Các cảm biến này phải truyền dữ liệu theo thời gian thực và chịu được các môi trường khắc nghiệt. Một cơ sở hạ tầng truyền thông mạnh mẽ, kết hợp các công nghệ có dây và không dây như cáp quang, vệ tinh và mạng di động là rất cần thiết. Độ dư thừa và an ninh mạng đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và bảo mật hệ thống. Các nhà máy điện tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ đòi hỏi các hệ thống quản lý hiệu quả để thu thập, lưu trữ và phân tích nhằm cung cấp những thông tin chi tiết có thể hành động. Các hệ thống tự động hóa là cần thiết để theo dõi và điều khiển từ xa, tối ưu hóa sản lượng năng lượng và quản lý việc tích trữ năng lượng. Các hệ thống này phải đáng tin cậy và an toàn trước các mối đe dọa mạng.

Robot, máy bay không người lái và thiết bị đeo, đội

Các thiết bị đeo, đội hỗ trợ IoT như đồng hồ và vòng tay cho phép theo dõi từ xa các nhà máy điện mặt trời (Ảnh st)

Các công nghệ tự động hóa, bao gồm máy bay không người lái, robot và thiết bị đeo, đội hỗ trợ IoT, đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời để giảm chi phí nhân lực. Các máy bay không người lái đặc biệt hiệu quả trong việc đánh giá địa điểm và thực hiện các nhiệm vụ O&M, cung cấp thông tin chi tiết hơn so với đội thợ mặt đất. Các camera chụp ảnh nhiệt trên máy bay không người lái có thể nhanh chóng phát hiện các mođun gặp trục trặc như điểm phát nóng cục bộ, tiết kiệm thời gian đáng kể so với thanh tra thủ công. Các robot biết bò trang bị máy phát vi sóng và siêu âm có thể thâm nhập cấu trúc thiết bị để nhận dạng các khiếm khuyết của vật liệu. Ngoài ra, các thiết bị đeo, đội hỗ trợ IoT như đồng hồ và vòng tay cho phép theo dõi từ xa các nhà máy điện mặt trời. Mặc dù hiện nay chúng phổ biến hơn ở các công trình lắp đặt nhỏ trên mái nhà nhưng tiềm năng ứng dụng của chúng trong các nhà máy quy mô lớn vẫn rất đáng kể.

Những thách thức trong tự động hóa

Những tiến bộ trong máy bay không người lái và robot mang lại nhiều hứa hẹn cho ngành điện và điện lực, nhưng cần giải quyết những thách thức đáng chú ý để triển khai và sử dụng chúng hiệu quả. Ví dụ, gió lớn ở các trang trại gió có thể gây khó khăn trong việc điều khiển và vận hành máy bay không người lái. Các mối đe dọa an ninh mạng, bao gồm cả vi phạm dữ liệu, là mối lo ngại vì máy bay không người lái có thể thu thập thông tin nhạy cảm mà không có đủ biện pháp bảo mật. Ngoài ra, việc thiếu phần mềm hỗ trợ truyền dữ liệu kịp thời và chính xác từ máy bay không người lái đến người điều khiển cũng là một hạn chế. Tích hợp hệ thống là cần thiết để hợp lý hóa toàn bộ quá trình từ thu thập dữ liệu đến phân tích. Việc xây dựng và đào tạo năng lực không đầy đủ, đặc biệt ở các nước đang phát triển, cản trở việc áp dụng công nghệ. Chi phí ban đầu cao của máy bay không người lái và robot cũng là yếu tố cản trở các nhà phát triển. Để vượt qua những thách thức này, những người tham gia thị trường cần phát triển nền tảng kỹ thuật số tích hợp máy bay không người lái và robot với phần mềm để thanh tra và bảo trì toàn diện. Hỗ trợ tài chính có thể khuyến khích việc áp dụng nhiều hơn, trong khi chuyển giao kiến ​​thức và tăng cường nghiên cứu có thể tối ưu hóa các giải pháp công nghệ.

Kết luận

Robot và tự động hóa là những thứ không thể thiếu trong quá trình chế tạo các sản phẩm năng lượng tái tạo nhờ độ chính xác mà chúng mang lại, đặc biệt đối với các thiết kế phức tạp. Tự động hóa cũng cho phép thực hiện các nhiệm vụ nhanh hơn và hiệu quả hơn, giảm chi phí lao động và sản xuất. Việc tăng cường áp dụng robot và tự động hóa của các công ty năng lượng tái tạo có thể mở đường cho sự chuyển dịch từ các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ sang các lựa chọn thay thế an toàn hơn như năng lượng mặt trời. Mặc dù hiện nay các robot không thể tiến hành sửa chữa máy móc, nhưng AI hỗ trợ lập kế hoạch bảo trì và tối ưu hóa thời gian ngừng hoạt động của máy, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo trì thiết bị trong môi trường công nghiệp.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo “powerline”, tháng 8/2024