En undersøkelse av det nåværende markedet og teknologien for lyndeteksjon og lynbeskyttelsessystemer i vindturbiner

Abstract

Vindkraft er en rask voksende fornybar energikilde. Den raske økningen gjør at kraftselskapene, som ANEO, ønsker løsninger som er p˚alitelige, kostnadseffektive og tilpasset lokale forhold. Det er stor andel havari av vindturbiner, den største ˚arsaken er lyn. Lynbeskyttelsessystem og lyndeteksjon skal sammen forebygge slike skader og dermed redusere de økonomiske risikoene knyttet til potensiell skade. Oppgaven analyserer varslinger fra Roan, Frøya og Hundhammerfjellet vindpark. P˚a Frøya og Hundhammerfjellet ble det analysert lyndata fra Frost, med hensikt i ˚a kartlegge om det er behov for lyndeteksjon. Roan har lyndeteksjon i vindturbinene. Lynalarmene ble sammenlignet med lyndataen for ˚a kartlegge gunstigheten til lyndeteksjonen. I tillegg ble det vurdert hvilket lynbeskyttelsesniv˚a for lynbeskyttelsessystemene som er nødvendig. Et litteraturstudie ble gjennomført for ˚a kartlegge leverandører innen lyndeteksjon, og undersøke forskjellige teknologier for lynbeskyttelsessystemer. Det ble gjennomført intervjuer med leverandører for ˚a gi større innsikt i industriens perspektiver, og høre deres erfaringer knyttet til lyndeteksjon og lynbeskyttelse. Lyndata i parkene var relativt like, men gjennomsnittlig positiv maks strøm p˚a Frøya og Hundhammerfjellet er høyere enn p˚a Roan. Standardvarslinger p˚a Hundhammerfjellet og Frøya ga ingen indikasjon p˚a lynnedslag i turbinene. Basert p˚a disse faktorene ble det konkludert med et behov for lyndeteksjon. Fra intervju med leverandører av lyndeteksjon og litteraturstudiet, er Phoenix Contact eller Polytech best egnet bassert p˚a behovene til vindparkene. Ved ˚a sammenligne lyndata fra Frost med lynvarsler fra Roan korresponderer lynvarslene og de registrerte lyn i flere tilfeller. Det er hendelser der det er registrert lyn men det ikke har kommet lynvarsel og hendelser der det er lynvarsel men ikke registrert lyn, dette kan skyldes usikkerheter i begge teknologiene. For ˚a øke effektiviteten av lyndeteksjonen p˚a Roan vil det være behov før mer nøyaktige parametere p˚a varselene med klare terskeler p˚a n˚ar det skal bli aktivert varsel og alarmer for lyn. IEC61400-24 sier at alle turbiner bør ha lynbeskyttelsesniv˚a 1. Vinterlyn i tillegg til en stor andel positive lyn langs trøndelagskysten gjør at det kan være nødvendig ˚a ha lynbeskyttelse bedre enn niv˚a 1. Form˚alet med denne oppgaven er˚a styrke ANEO sin kunnskap om lyndeteksjon og lynbeskyttelse i vindturbiner, og ˚a forenkle mulige valg i fremtiden knyttet til valg av lynbeskyttelse og installering av lyndeteksjon.

Wind power is one of the fastest growing energy sources in the world. Because of the rapid growth are power companies, like ANEO, searching for solutions that are reliable, cost-efficient, and customized for the specific wind park’s conditions. There is a lot of damage to wind turbines, and lightning strike is one of the biggest causes to downtime. Lightning protection system and lightning detection are designed to prevent such damages and thereby reduce the economic risks associated with the potential harm. The thesis analyses warnings from Roan, Frøya and Hundhammerfjellet wind farm. Lightning data from Frost was analyzed to determine the need for lightning detection. The lightning warnings were compared to the given lightning data to determine the advantage of installing lightning detection. In addition, it was considered which level of lightning protection that is necessary. A literature study was implemented to learn about lightning detection suppliers and examine different lightning protection system technologies. It was implemented interviews with suppliers to give a greater insight into the perspectives of the industry, and to learn about their experiences with lightning detection and protection. The lightning data for the wind parks were relatively similar, however, the positive peak current for Frøya and Hundhammerfjellet was higher than for Roan. The warnings for Hundhammerfjellet and Frøya did not indicate when lightning struck the turbines. Based on these factors, it was concluded that there is a need for lightning detection. Based on the literature study and interviews conducted with lightning detection suppliers, Phoenix Contact and Polytech emerge as the most suitable choices for meeting the needs of the wind parks. Comparing lightning data from Frost with lightning warnings from Roan shows the correspondence between lightning warnings and lightning on many occasions. There are incidents where there is measured lightning, where no warnings have occurred, and the opposite. This may be due to uncertainties in both technologies. To raise the efficiency in the lightning detection installed in Roan, there will be a need for more precise parameters from the warnings, with explicit thresholds when the warnings and alarms should be activated during lightning. Winter lightning, along with a significant proportion of positive lightning along the Trøndelag coast, may make it necessary to have lightning protection better than level 1. The purpose of this thesis is to improve ANEO´s insight in lightning detection and protection in wind turbines. It aims to simplify potential choices in the future according to the choice and installation of lightning detection.