Monitorering af bølgekraft anlæg 27. MAJ 2015

Monitorering af bølgekraft anlæg 27. MAJ 2015

Titel Monitorering af bølgekraft anlæg Problemformulering Hvordan sikres den mest optimale monitorering af anlægget, således der opnås de bedste vilkår for planlægning af tilstandsbaseret vedligehold, med samtidig mulighed for damage control i forbindelse med havari af vigtige komponenter? Forfatter Studienummer Vejledere Mads Fogh Jensen E20122005 Søren Nyborg Hansen & Stig Libori Antal normalsider 23 Antal bilag 1 Dato for aflevering 27. Maj 2015 Institutionens navn Opgavetype Fredericia Maskinmesterskole Professionsbachelor rapport

Indholdsfortegnelse 1. Abstract... 1 2. Indledning... 1 3. Problemstilling... 3 4. Problemformulering... 4 4.1 Hypotese... 4 4.2 Afgrænsning... 4 5. Metode- og teoriafsnit... 5 6. Anlægsbeskrivelse... 6 6.1 Beskrivelse af PTO... 8 6.2 Øvrige komponenter... 9 7. HAZOP analyse...10 7.1 Opsætning af HAZOP...12 7.2 Lineær gear...12 7.3 Kædekoblinger...13 7.4 Gear...14 7.5 Svinghjul...15 7.6 Permanent magnetiseret generator (PMG)...16 7.7 Forankring...18 8. Løsningsforslag...19 8.1 Gennemgang af parametre til monitorering...20 8.1.1 Lineær gear...20 8.1.2 Kædekoblinger...20 8.1.3 Gear...21 8.1.4 Svinghjul...21 8.1.5 Permanent magnetiseret generator (PMG)...21 8.1.6 Forankring...22 8.2 Parameterliste...22 9. Diskussion...23 10. Konklusion...25 11. Perspektivering...25 12. Kildeliste...26 12.1 Litteraturhenvisninger...26 12.2 Web baserede links...26 12.3 Andre kilder...27 12.4 Kildekritik...27 13. Nomenklaturliste...28 14. Bilag...29 14.1 Projektskabelon...29

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 1. Abstract Wave energy converters are placed offshore with limited accessibility, furthermore this particular wave energy converter is based on a floating concept, which makes it difficult to maintain. It is of utmost importance that a wave energy converter of this type is controlled at all times. Therefore the report examines the possibility of condition monitoring of the wave energy converter. This report contains an analysis of the components in a power take-off from a wave energy converter. The analysis is used to formulate a proposed solution for implementation of a condition monitoring system. The parameters for this system are found using HAZOP studies on all major components of the PTO as well as the anchoring of the wave energy converter. The condition monitoring system eases the maintenance planning of the wave energy converter. This will result in less downtime of the wave energy converter and thereby reduced maintenance costs. It is found that the HAZOP studies is a great way to map out which parameters to monitor. Furthermore the studies grants valuable insight into the risks to the operability of the PTO. This method of mapping out parameters is suggested for use with the company s upcoming wave energy converter prototype. 2. Indledning Den stigende efterspørgsel på fossile brændsler, kombineret med det faktum at reserverne langsomt tømmes 1, medfører en øget interesse for vedvarende energi 2. De miljømæssige fordele, vedvarende energi bringer med sig, er også grobund for stadig større vilje hos virksomhederne til at bakke op omkring den vedvarende energi. En grøn profil er i dag noget mange kunder ønsker hos virksomhederne og derfor er virksomhederne nødt til at arbejde med deres eget image og føre en grøn politik. Der er i dag et bredt spektrum af forskellige teknologier inden for vedvarende energi. Grunden til dette kan findes i ideen om det 100% grønne samfund, hvor hele Danmarks el produktion kommer fra vedvarende energiformer. Vindenergi er rigtig godt når middelvinden er høj, dette er typisk i efteråret og vinteren, men i foråret og om sommeren hvor middelvinden er lav 3, skal der andre teknologier til for at holde 1 http://offshoreenergy.dk/admin/public/dwsdownload.aspx?file=%2ffiles%2ffiler%2fpublications%2foffshorebook_ 2014.pdf 2 http://www2.deloitte.com/dk/da/pages/energy-and-resources/articles/vedvarendeenergieftersporgselstigerdeloitte.html 3 http://www.dmi.dk/fileadmin/rapporter/tr/tr12-07.pdf - http://www.vindstat.dk/hovedtabel.php 1 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 produktionen ved lige. Ændringer i vindhastigheden sker forholdsvist hurtigt, hvor bølger er længere tid om at vokse op og klinge af 4. Dette er en af grundene til at bølgekraft er så interessant. I forbindelse med min bachelor praktik har jeg arbejdet hos Crestwing ApS, som har arbejdet med deres bølgekraft koncept igennem ti år. Baggrunden for konceptet er at udnytte det atmosfæriske tryk på ti tons per m 2. Gennem udviklingen viste den bedste løsning sig at være, to sammenhængslede pontoner forankret til bunden via en elastisk forankring. Frederikshavn er en gammel skibsværftsby og desuden har Frederikshavn kommune en ambitiøs vision om, at hele kommunen i 2030 skal være forsynet af vedvarende energi 5 og derfor har Frederikshavn kommune valgt at støtte udviklingen af diverse projekter inden for vedvarende energi. Dette gør Frederikshavn interessant for Crestwing, men også Crestwing interessant for Frederikshavn. Derfor bliver Crestwing s modelanlæg udviklet med base i Frederikshavn. Crestwing har siden 2005 udført onshore og offshore tests på deres koncept forskellige steder i landet. Crestwing har nu kun en sidste test af deres modelanlæg tilbage før det da kan pensioneres. Virksomheden har nu fået bevilget 10 mio. kr. til udvikling af en prototype. Prototype anlægget bliver 10x30 meter stort og vil kunne indeholde fire Power Take-Off s (PTO er). Udviklingen er allerede i gang. Da anlægget er et flydende anlæg som er placeret offshore, vanskeliggør dette vedligehold og inspektion af anlægget. Eftersom anlægget er ubemandet kræves en god overvågning af PTO, elektronik og el-tilkobling. Monitorering af anlægget er vigtigt at planlægge fra starten. Damage control i forbindelse med utilsigtede hændelser er afgørende for at forebygge ulykker, materielle skader, personskader samt driftstab. En eventuel løsrivning af anlægget kan medføre store gener for skibstrafikken samt risiko for kollision. En velovervejet monitorering af anlægget vil muliggøre planlægning af vedligehold og forebyggelse af uheld på en mere hensigtsmæssig måde. Ligeledes vil det på sigt kunne skabe en bedre økonomi omkring projektet, i det man eventuelt vil have mulighed for at være mere proaktiv i forhold til ovenstående problematikker. Dette er problemstillingen der ligger til grund for denne rapport. Det vil blive undersøgt hvorledes der opnås den mest optimale monitorering af anlægget, både med henblik på vedligehold såvel som damage control. 4 http://vbn.aau.dk/files/65676485/b_lgekraftteknologi.pdf 5 http://frederikshavn.dk/sider/energibyen.aspx F15-M6-BCP 2

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG En HAZOP 6 analyse af komponenterne i PTO en samt en HAZOP analyse på forankringen, vil ligge til grund for en kortlægning af parametrene der ønskes monitoreret på anlægget. Alt dette vil ende i opstillingen af et løsningsforslag til et monitoreringssystem optimeret til anlægget. 3. Problemstilling En vindmølle er oftest stabilt funderet i undergrunden med minimal bevægelse til følge uanset forholdene, men eftersom Crestwing konceptet er udarbejdet som et flydende anlæg, er der flere faktorer der besværliggør tilgængeligheden til anlægget. Disse faktorer er primært vejr afhængige, men der kan også være andre parametre der spiller en rolle i forbindelse med dette. Anlægget er ubemandet. Når man ser på et scenarie hvor anlægget er lagt ud på siten og forankret med henblik på at producere elektricitet, så har alle disse faktorer en virkning på hvor ofte anlægget kan tilgås. Dårligt vejr med høj vindstyrke forhindrer simpelthen vedligehold på anlægget, da det vil være umuligt for en tekniker at foretage sig noget som helst, når anlægget bevæger sig i takt med bølgerne. Endvidere kan godt vejr også være en forhindring, da et fald i vindstyrke umiddelbart kan foregå meget hurtigt, men dette fald i vindstyrke betyder ikke at bølgestørrelsen falder lige så hurtigt. Det kan også være at siten hvor anlægget er placeret er tæt på en passage med meget trafik på havet. Denne trafik kan skabe bølger i tide og utide, som vil vanskeliggøre teknikernes arbejde på anlægget. Eftersom det flydende anlæg er svært tilgængeligt, giver det rigtig god mening at have en god monitorering af dette. En effektiv monitorering af anlægget muliggør planlægning af vedligeholdsopgaver, samt dokning skulle dette være nødvendigt. Visse opgaver i forbindelse med vedligehold kan udføres på siten, men dette kræver at forholdene er rolige, så sikkerheden er i orden for teknikerne der skal udføre disse. Derfor kan man være udsat for at skulle hente anlægget ind, hvis der er vigtige komponenter der viser tegn på slitage med risiko for havari og der ikke er noget vindue i nærmeste fremtid, hvor forholdene tillader vedligehold på siten. Endvidere kan der opstå uventede driftssituationer, der medfører at visse komponenter skal kobles ud for at undgå skader på de øvrige komponenter. Der foreligger også risiko for at anlægget simpelthen river sig løs og medfører materielle skader såvel som person skader. Muligheden for at kontrollere og overvåge 6 http://arbejdstilsynet.dk/~/media/at/at/06-temaer/arbejdsulykker/30-metoder-til-forebyggelse/8-4-identificeringaf-farekilder%20pdf.ashx 3 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 anlægget i sådanne situationer er væsentlig. Dette kaldes i rapporten for damage control og er en vigtig del af monitoreringen af anlægget. 4. Problemformulering Hvordan sikres den mest optimale monitorering af anlægget, således der opnås de bedste vilkår for planlægning af tilstandsbaseret vedligehold, med samtidig mulighed for damage control i forbindelse med havari af vigtige komponenter? 4.1 Hypotese 1. Det forventes at man med optimal monitorering af væsentlige sliddele kan opnå en fornuftig plan for vedligehold der medvirker mindst mulige dage hvor anlægget skal slæbes i havn eller på bedding. 2. Det forventes, ved hjælp af HAZOP analyser, at kunne belyse de væsentligste parametre til monitorering. 4.2 Afgrænsning Der tages udgangspunkt i Crestwing s modelanlæg og de komponenter dette anlæg på nuværende tidspunkt er udstyret med. Analysen af dette anlæg vil ligge til grund for udarbejdelsen af parameterliste samt løsningsforslag til monitorering og damage control. Alle analyser vil bære præg af at fokus er på overvågning, i forbindelse med vedligehold og damage control. Endvidere betyder dette at der ikke er undersøgt risikoer for personskader eller lignende. Der er udelukkende taget udgangspunkt i at sørge for en høj oppetid ved hjælp af monitoreringsløsningen. F15-M6-BCP 4

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 5. Metode- og teoriafsnit Rapporten vil bære præg af Blooms taksonomi. Undersøgelserne vil være baseret på følgende: Redegørelse Analyse Vurdering Konklusion Mere specifikt vil rapporten være struktureret på følgende måde: Anlægget vil blive beskrevet forholdsvis dybdegående, for derved at skabe overblik over de forskellige komponenter, som monitoreringen skal omhandle. Derefter vil disse komponenter blive analyseret. I analysen vil der blive gjort brug af HAZOP analyser, som er metoder blandt andet kendt fra offshore industrien 7. Disse metoder hjælper med at anskueliggøre potentielle farer og betydningen af disse i en driftssammenhæng. Normalt bliver sådanne HAZOP analyser udført af et HAZOP team for at få så mange forskellige scenarier som muligt og derved det bedst mulige slutresultat. For at synliggøre problemernes effekt, vil der blive inddraget resultater fra udregninger af kraftpåvirkninger på anlægget. Disse kraftpåvirkninger vil dog kun indgå i analysen som værende de kræfter anlægget bliver udsat for. Analysen vil være med til at understøtte valget af parametre. Efter udarbejdelse af analysen vil der bliver opstillet et løsningsforslag til en monitoreringsløsning optimeret til netop dette anlæg. Til opstillingen af dette løsningsforslag vil der blive inddraget relevant teori omkring automation samt regulering. Det vil blive diskuteret hvorvidt der ved en eventuel implementering af dette løsningsforslag, vil kunne opnås en optimal overvågning af anlægget på alle de vigtigste parametre, for at sikre en effektiv drift af anlægget. Empirien brugt i analysen vil blive indhentet med hjælp fra konstruktøren af anlægget, Henning Pilgaard, samt fra HAZOP analyser foretaget af et HAZOP team bestående af tre personer. Denne metode er valgt da en individuel analyse af hver enkelt komponent tænkes at give det bedste samlede billede af behovet for monitorering. På denne måde kan der opstilles et løsningsforslag der, i teorien, burde være det mest optimale til at løse netop denne problematik. 7 http://arbejdstilsynet.dk/~/media/at/at/06-temaer/arbejdsulykker/30-metoder-til-forebyggelse/8-4-identificeringaf-farekilder%20pdf.ashx 5 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 6. Anlægsbeskrivelse Konceptet er udtænkt med henblik på at udnytte atmosfæretrykket, der i runde tal genererer et tryk på ti tons per m 2 med en lille variation i forbindelse med vejret. Anlægget er designet som et flydende anlæg, som består af to pontoner der er hængslet sammen med et kraftigt piano hængsel. Anlægget flyder oven på bølgerne og bevægelsen imellem de to pontoner, udnyttes til at drive en generator ved hjælp af en trykstang, der er en del af et lineært gear. Til denne slags anlæg kræves en god forankring. Anlægget er illustreret på figur 1. Figur 1 Illustration af Crestwing anlægget. Anlægget dimensioneres efter de bølgeforhold, der forefindes, på den site hvor anlægget skal ligge. Længden på anlægget skal være tilstrækkelig til at overlappe to efter hinanden følgende bølger, da dette vil resultere i den største bevægelse af anlægget. På denne måde opnår man den mest optimale drift og dermed den størst mulige produktion af elektricitet, ud fra de forhold der findes på den pågældende site. Anlæggets virkemåde er illustreret på figur 2,3,4 og 5 på næste side. Eftersom anlægget er forankret foran maskinrummet i forreste ponton, vil det altid vende med fronten mod bølgerne. Anlægget kan dreje 360 grader for hele tiden at holde fronten mod bølgerne. Dette sker helt af sig selv ved at de store flader påvirkes af vind og bølger. F15-M6-BCP 6

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG Figur 2 Her repræsenterer pilen bølgen der kommer ind under den forreste ponton. Trykstangen trykkes ind i maskinrummet og dermed udnyttes energien i bølgen til at drive generatoren. Figur 3 På dette tidspunkt er bølgen nået ind under midten af anlægget. Her trækkes der ikke noget energi ud af bølgen. Figur 4 Bølgen er nu på vej væk fra midten af anlægget. Den lodrette pil repræsenterer atmosfæretrykket der hele tiden virker på hele fladen af anlægget. Atmosfæretrykket sørger for at anlægget ligger som limet til havet. Dette bevirker at anlægget suges med bølgen imens den agterste ponton bevæger sig opad. Det er på dette tidspunkt at der virkelig trækkes energi ud af bølgen. Figur 5 Her har bølgen næsten forladt anlægget. Den agterste ponton er udstyret med et skørt bagtil, således at bølgen lige skal løfte bagenden lidt ekstra til sidst for at komme fri. Her udnyttes en lille smule mere af energien i bølgen. 7 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 Hele den del af anlægget der genererer elektricitet kaldes for Power Take-Off (PTO). PTO en er illustreret på figur 6. 6.1 Beskrivelse af PTO Det lineære gear (1 på figur 6) består af trykstang, tandstang, glideslæder, glideskinne samt et tandhjul monteret på den langsomtgående aksel. Selve glideskinnen er fastmonteret og ikke bevægelig. Trykstangen overfører kræfterne, fra Figur 6 PTO opbygning uden overvågningsudstyr. bølgernes virkning på pontonerne, til den langsomtgående aksel på PTO en. Dette opnås ved at trykstangen trykker en tandstang ind over et tandhjul, som er monteret på den langsomtgående aksel. Derved fungerer det som et lineært gear, der overfører den lineære bevægelse til en roterende. Det lineære gear er indkapslet i en kasse af rustfrit stål. Endvidere er trykstangen, som er udformet som en teleskopstang, udstyret med et par sprængstifter, der i tilfælde af bevægelsesstop med for hård belastning til følge, sprænger og frakobler trykstangen fra resten af det lineære gear for dermed at sikre resten af PTO en. Den langsomtgående aksel er udstyret med en kædekobling (2 på figur 6) hvori der er monteret et almindeligt leje og et friløbsleje. Friløbslejet sikrer at gearet trækker den samme vej hele tiden. Dette bevirker endvidere at anlægget kun virker når trykstangen trykkes ind i maskinrummet. Kædekoblingen er en sikkerhedskomponent der er spændt sammen med et præcist moment. Hvis der går noget galt og kræfterne bliver for store vil kædekoblingen skride for derved at frakoble resten af PTO en. Gearet (3 på figur 6) er linket mellem den langsomtgående og den hurtiggående aksel. Gearet sørger for at rotere den hurtiggående aksel 7,5 gange hurtigere end den langsomgående (gearing 1:7,5). Denne type gear kaldes et spin-up gear. Efter gearet sidder der endnu en kædekobling (4 på figur 6), der ligesom den anden kædekobling fungerer som en sikkerhedsanordning. I tilfælde af at gearet havarerer kobles svinghjulet og generatoren fra resten af PTO en. I denne sidder der endnu et friløbsleje og et almindeligt leje. Før generatoren er der monteret et svinghjul (5 på figur 6), der er med til at sørge for at udjævne produktionen. På denne måde kan anlægget konstant generere elektricitet, selv når trykstangen trækkes ud af maskinrummet igen (den retning hvor stangen ikke virker på anlægget pga. friløbslejerne). F15-M6-BCP 8

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG Den sidste del af PTO en er en permanent magnetiseret generator (PMG)(6 på figur 6). Det er denne der sørger for at omdanne den mekaniske energi til elektricitet. Denne generatortype bevirker, at der produceres elektricitet selv ved lave omdrejninger. Denne slags PTO kaldes for en mekanisk PTO, da alt kraftoverførsel foregår mekanisk. Der findes flere forskellige udformninger af PTO er der alle virker på forskellige måder, for eksempel ved hydraulik, vandtryk eller lufttryk. 6.2 Øvrige komponenter Ud over PTO en er der tre andre komponenter i forbindelse med maskinrummet. Her er der tale om et el panel hvori der er monteret en PLC til styring af anlægget. Der er også monteret en inverter til at sørge for kvaliteten af den producerede elektricitet. Generatoren kan endvidere kobles ud ved hjælp af inverteren. Den sidste komponent er en dumpload der skal sørge for at optage den producerede elektricitet i tilfælde af kabelbrud. Det er i bund og grund en stor ohmsk modstand, så anlægget kan brænde overskydende effekt af. Der er endvidere monteret to akkumulatorer så der altid findes elektricitet til styringen af anlægget selv i stille vejr. Forankringen er en essentiel del af et flydende anlæg. Forankringen sørger for at anlægget bliver liggende på siten, så der ikke opstår kabelbrud eller havari af anlægget. Forankringen ligger til grund for at operatøren kan have kontrol over anlægget hele tiden. Forankringen er opbygget som en trepunkts fleksibel forankring. Alle tre forankringer er dimensioneret til at kunne modstå kræfterne fra anlægget. Dette betyder at selvom to af linerne sprænger, burde anlægget stadig blive liggende på siten. En vigtig detalje når der tænkes i damage control. 9 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 7. HAZOP analyse Dette afsnit vil omhandle HAZOP analyser på følgende seks hovedkomponenter afbilledet på figur 7 samt forankringen. Komponenterne er: Lineær gear (1), Kædekobling (2), Gear (3), Kædekobling (4), Svinghjul (5) og PMG (6). For nærmere beskrivelse af de enkelte komponenter henvises til anlægsbeskrivelsen i afsnit 6 i selve rapporten. Figur 7 PTO opbygning uden overvågningsudstyr. En HAZOP analyse er et værktøj til at vurdere på planlagte eller eksisterende anlæg og komponenterne i disse, for at belyse og evaluere eventuelle hazards eller farer, der kan udgøre en risiko for personale eller driften af anlægget. Da dette anlæg er et ubemandet anlæg, som samtidig er svært tilgængeligt, vil analyserne udelukkende blive brugt i drift sammenhæng og ikke for at undgå personskader. Der er tale om væsentlige kraftpåvirkninger på anlægget og derfor vil en eventuel fejl kunne medføre store ødelæggelser. Figur 8 illustrerer et beregnet forløb for kraftpåvirkningerne på tandstangen i det lineære gear i forhold til omdrejningstallet. Figur 8 Kraftpåvirkninger på tandstangen i forhold til rpm. F15-M6-BCP 10

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG HAZOP analyser udføres bedst i teams. Et optimalt HAZOP team består typisk af en leder, en sekretær, en designer, en bruger, en specialist og en vedligeholdsmand. På denne måde opnår man en bred vifte af indgangsvinkler og færdigheder samt mange forskellige synspunkter på hvilke risici der måtte være på et givent anlæg. I denne sammenhæng er HAZOP analyserne udført af et team på tre personer: jeg selv i lederrollen og i rollen som vedligeholdsmand, Henning Pilgaard samt Ruth Bloom fra Crestwing ApS i bruger, specialist- og designerrollen. Analyserne er udført ved et enkelt møde der forløb over en hel dag. Der har dog været sparring under hele forløbet omkring netop de ting HAZOP analyserne belyser. Analyserne udføres ved at vælge en enkelt komponent eller proces af gangen. Teamet bliver enige om en mængde primære samt sekundære nøgleord, der er tilpas beskrivende i forhold til risici ved komponenten eller processen. Der startes dermed ud ved at snakke alle tænkelige afvigelser igennem, dette værende afvigelser fra intentionen med designet eller processen. Eksempler på primære nøgleord kunne være: Funktion, Temperatur, Bevægelse, Flow og så videre. Sekundære nøgleord kunne være: NO, YES, MORE, LESS, HIGH, LOW med mere. Disse primære samt sekundære nøgleord sættes dermed sammen i par for at beskrive en mulig afvigelse. Afvigelsen kunne eksempelvis være temperatur/high, hvilket beskriver en høj temperatur i processen eller komponenten. Næste step er at beskrive hvad årsagen til denne afvigelse kan være. Der kan være flere årsager til afvigelsen og alle tænkelige skal med i analysen. Når dette er gjort beskrives konsekvenserne, for anlægget/komponenten eller personer i nærheden af anlægget, af afvigelserne. Dernæst beskrives hvilke sikkerhedsforanstaltninger der kan foretages for at begrænse eller udelukke afvigelsen. Til sidst beskrives hvad der kan gøres for at undgå afvigelsen. Disse HAZOP analyser vil bidrage til at give en forståelse, for hvilke parametre der er vigtige at monitorere med henblik på vedligehold samt damage control. 11 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 7.1 Opsætning af HAZOP De primære og sekundære nøgleord findes som første skridt i processen. Herunder er listet samtlige primære og sekundære nøgleord, der bliver brugt ved samtlige komponenter, i én tabel. Eftersom analyserne er lavet med henblik på overvågning, i forbindelse med vedligehold samt damage control, har fokus kun været på at opretholde produktionen. PRIMARY KEYWORDS Bevægelse Funktion Alignment Shutdown Start-up SECONDARY KEYWORDS No Yes Other Figur 9 Afbildning af PTO med farvekodede komponenter. Figur 9 viser PTO en som helhed. Komponenterne er farvekodet så de er nemme at skælne. De to kædekoblinger er analyseret som værende én komponent, eftersom de er ens og det ville være spild at lave to analyser. 7.2 Lineær gear Første komponent der er lavet analyse på er det lineære gear, som er illustreret ved hjælp af den lyserøde farve på figur 9. Dette består af trykstang, tandstang, glideslæder, glideskinne samt et tandhjul monteret på den langsomtgående aksel. Selve glideskinnen er stillestående og illustreret ved den mørkegrønne F15-M6-BCP 12

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG farvekode på figur 9. Alt dette er indkapslet i en kasse fremstillet af rustfrit stål, med undtagelse af trykstangen der går ud igennem et hul i maskinrummet og hæfter på den agterste ponton. Figur 10 HAZOP analyse på lineært gear. Farvekode lyserød på figur 9. Figur 10 viser HAZOP analysen på det lineære gear. Afvigelsen er ingen bevægelse af det lineære gear. Årsagen er en defekt komponent og konsekvenserne kan være følgende: PTO havari, driftstop, trykstangen trykkes igennem væggen i maskinrummet og ind i agter ponton, PTO løsrives fra fundament samt tænderne på enten tandstang eller tandhjul ødelægges. Der forefindes allerede nogle sikkerhedsforanstaltninger, der kan være med til at forhindre disse konsekvenser. For eksempel er kædekoblingerne monteret netop for at afgrænse skader i tilfælde af fejl på visse komponenter. Endvidere er der monteret sprængstifter i trykstangen, der ved for høj belastning springer, og kobler trykstangen fra resten af anlægget. Hvis tænderne på tandstangen eller tandhjulet ødelægges er der mulighed for nem udskiftning af komponenten. Som det kan ses af analysen er der mange scenarier, der kan udspilles hvis komponenten fejler. For at gøre så meget som muligt for at undgå disse scenarier, vil det være en god ide at checke udkoblingsdrejningsmomentet på kædekoblingerne inden anlægget sættes i drift. Endvidere er vedligehold en væsentlig faktor for at sikre kontinuerlig drift. Hvis sprængstifterne skulle springe i tide og utide, kan der være tale om en fejl i dimensioneringen af sprængstifterne og dette må derfor revurderes. Hvis PTO en løsrives vil det give mening at sørge for ordentlig befæstigelse, samt eventuelt revurderes dimensioneringen af sprængstifterne. 7.3 Kædekoblinger Den efterfølgende komponent er en kædekobling. Denne komponent findes der to af på anlægget, så der er lavet en HAZOP analyse der dækker begge. Disse kædekoblinger er sikkerhedskoblinger i tilfælde af afvigelser med potentiale for at skade anlæggets øvrige komponenter. De er monteret for at skabe barrierer med det formål at stoppe udviklingen af skader på anlægget. Disse kædekoblinger er illustreret ved hjælp af farvekoden lysegrøn på figur 9. 13 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 Figur 11 Kombineret HAZOP analyse på begge kædekoblinger. Farvekode lysegrøn på figur 9. Figur 11 viser HAZOP analysen på kædekoblingerne. Afvigelsen på kædekoblingerne skal forstås således at de ikke længere kan udføre den funktion de er tiltænkt. Årsagerne til dette kan være: forkert indstillet koblingsmoment, korrosion, slitage eller for høj temperatur, således at koblingen er smeltet sammen og ikke længere kan fungere som sikkerhedskobling. Konsekvenserne af dette vil være driftstab, funktionstab og i værste fald brand og/eller havari. Det er derfor yderst vigtigt at monteringen foregår efter en standard procedure, således udkoblingsdrejningsmomentet altid stemmer overens med det maksimalt tilladte, for at sikre mindst muligt ødelæggelse af komponenter. En ordentlig korrosionsbeskyttelse er tillige at foretrække da dette vil mindste risikoen for at koblingen ruster sammen. Endvidere vil vedligehold kunne minimere risikoen for at disse afvigelser rent faktisk sker i virkeligheden. Eftersom der er to kædekoblinger monteret på anlægget, vil en situation hvor en af kædekoblingerne fejler, ikke ødelægge hele anlægget da den anden kædekobling vil koble ud. For yderligere at undgå disse scenarier kræves en test af udkoblingsdrejningsmomentet inden anlægget sættes i drift. Regelmæssig vedligehold vil endvidere være en simpel metode til at sikre funktionaliteten af kædekoblingerne. 7.4 Gear Gearet er den komponent i anlægget der sørger for at øge rotationen af akslen, så det passer med at generatoren kører mest optimalt. Gearet er illustreret ved en blå farvekode på figur 9. Gearet på dette mindre anlæg har en gearing på 1:7,5. Det bevirker at omdrejningshastigheden på den langsomtgående aksel er 7,5 gange mindre end på den hurtigtgående aksel. Gearet er mekanisk og består af et antal tandhjul indkapslet i et metal hus. F15-M6-BCP 14

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG Figur 12 HAZOP analyse på gear. Farvekode blå på figur 9. Figur 12 viser HAZOP analysen på gearet. Her er valgt samme terminologi for afvigelsen. Det skal forstås ligesom afvigelsen ved kædekoblingerne, at gearet ikke længere kan fungere som det skal. Årsagerne til denne funktionsfejl kan være at tandhjulene i gearet er nedbrudt eller slidt. Høj temperatur kan være en anden årsag. Endvidere kan ingen smøring være en ødelæggende faktor for et gear. Konsekvenserne kan være driftstab eller havari af gearet. Endvidere kan det i visse tilfælde ende med en brand i maskinrummet. Hvis gearet kører varmt kan olie og fedt i værste fald antændes. Sikkerhedsforanstaltninger for at denne afvigelse ikke opstår kan være en begrænsning af gearets drejningsmoment. Dette kan opnås ved at koble gearet ud hvis anlægget opnår et utilsigtet højt drejningsmoment på akslen. Endvidere vil overvågning, kontrol og vedligehold af disse faktorer være medhjælpende til at opnå en høj oppetid. Hvis gearet kører varmt kan det være nødvendigt at etablere en form for køling af gearet. En udkobling af gearet vil endvidere kunne beskytte det i tilstrækkelig grad. 7.5 Svinghjul Svinghjulet er med til at udjævne produktionen af elektricitet. Eftersom anlægget kun virker ved at trykstangen presses ind i maskinrummet, vil produktionen blive noget ujævn hvis der ikke var monteret en udjævnende komponent. Svinghjulet sørger for at omdrejningerne på den hurtigtgående aksel forbliver så stabile som muligt. Svinghjulet er bygget op af tre cirkelformede skiver. Disse skiver er delt på midten og spændt sammen med bolte. Svinghjulet er illustreret ved farvekoden rød på figur 9. Figur 13 HAZOP analyse af svinghjulet. Farvekode rød på figur 9. 15 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 Afvigelserne for svinghjulet kan være problemer med opstart og nedlukning. Udkoblingsmomentet på kædekoblingerne kan overskrides, når svinghjulet skal op eller ned i hastighed ved opstart eller nedlukning. Derved fås et mærkeligt forløb i disse situationer. Hvis kædekoblingerne ikke var monteret, kunne der ske skade på andre komponenter i anlægget grundet for store kræfter påført komponenterne. Endvidere er det yderst vigtigt at PTO en er linet rigtigt op. Hvis dette ikke er tilfældet kan det få voldsomme konsekvenser. Årsagerne til afvigelsen ved opstart og nedlukning kan være forkert indstilling af udkoblingsmoment på kædekoblingerne. Årsagerne til at anlægget ikke er linet op kan være løse skiveparter hvor en eller flere bolte er defekte. Endvidere kan generatoren være rystet løs fra fundamentet. Dårlig oplining fra monteringen af PTO en kan også ligge til grund for et sådan scenarie. Til sidst kan uforsætlig belastning i form af eksempelvis et tabt stykke værktøj der bøjer akslen eller lignende. Hvis svinghjulet løber løbsk eller ikke er linet godt nok op, vil konsekvenserne kunne være kritisk havari hvor svinghjulet flår anlægget i stykker. Der skal mange kræfter til for at stoppe et svinghjul når først det er oppe i hastighed. Ved opstart og nedlukning kan der ske skade på koblingerne eller utilsigtet belastning af PTO ens øvrige komponenter. Der kan monteres vibrationsmåling for at opfange afvigelserne i deres tidlige stadie, før der kan ske større skade på anlægget. En visuel inspektion i forbindelse med vedligehold kan være med til at afhjælpe afvigelserne. Korrekt indstilling af udkoblingsmomentet vil bidrage til at nedbringe risikoen for afvigelser. Hvis afvigelserne, trods sikkerhedsforanstaltningerne, alligevel skulle opstå vil en udkobling af visse komponenter være en mulighed. Et check af udkoblingsmomentet inden idriftsætning kan samtidig være en god mulighed for at sikre sig, at koblingerne rent faktisk er indstillet korrekt og virker derefter. Endvidere kan en kortslutning af generatoren, med henblik på opbremsning af rotation være en mulighed. Dette vil dog være til fare for generatorens funktionalitet. 7.6 Permanent magnetiseret generator (PMG) Den permanent magnetiserede generator er den del af anlægget der producerer elektriciteten. Dette foregår ved hjælp af resten af PTO systemet. Uden de resterende komponenter ville anlægget ikke fungere. Bølgernes energi udnyttes til at drive akslen rundt og dermed inducere elektricitet i generatoren. Generatoren er illustreret ved en grå/sort farvekode på figur 9. F15-M6-BCP 16

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG Figur 14 HAZOP analyse af PMG. Farvekode grå/sort på figur 9. Afvigelsen for generatoren er igen valgt som værende ude af funktion. Det skal forstås som om den er ude af stand til at producere elektricitet. Årsagerne hertil kan for eksempel være kabelbrud, kortslutning, temperatur relateret eller en fejl i isolationen. Konsekvenserne kan være driftstab samt havari af generatoren. I værste fald kan det medføre brand samt nedbrud af hele det elektriske system, som omfatter dumpload, inverter samt styring og regulering. Dette vil medføre en stor og dyr opgave for at få anlægget op at køre igen. Sikkerhedsforanstaltninger i dette tilfælde kan være at isolere PMG en fra resten af det elektriske system. Eksempelvis ved hjælp af sikringer og lignende. Et UPS system vil gøre det muligt at lukke ned fra anlægget selv om generatoren ikke producerer elektricitet mere. Endvidere vil en dumpload medvirke til at man kan komme af med den producerede elektricitet i tilfælde af kabelbrud. Udkobling af generatoren vil kunne forhindre en del af disse scenarier. Endvidere vil en nedlukning af ventilationen i anlægget kunne bremse eller stoppe en brand fra at have katastrofale følger. En simpel alarm vil i første omgang være medvirkende til at operatøren kan agere ud fra det pågældende scenarie. 17 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 7.7 Forankring Forankringen er en essentiel del af et flydende anlæg. Forankringen sørger for at anlægget bliver liggende på siten, så der ikke opstår kabelbrud eller havari af anlægget. Forankringen ligger til grund for at operatøren kan have kontrol over anlægget hele tiden. Forankringen er illustreret på figur 15. Forankringen er opbygget som en trepunkts fleksibel forankring. Alle tre forankringer er dimensioneret til at kunne modstå kræfterne fra anlægget. Dette betyder at selvom to af linerne Figur 15 Trepunkts forankringen som den ser ud under anlægget. sprænger, burde anlægget stadig blive liggende på siten. En vigtig detalje når der tænkes i damage control. Ankerklodserne tænkes erstattet af skrueankre i fremtiden. Da disse viser sig at have bedre greb i bunden. Figur 16 HAZOP analyse af forankringen illustreret på figur 15. Afvigelsen ved forankringen vil være at anlægget bevæger sig. Hvis dette sker vil der med sikkerhed være sket noget med forankringen. Årsagerne til denne bevægelse kan være flere. Det kan være en eller flere af linerne til forankringen er sprunget. Ankrene kan have løsrevet sig fra havbunden. Selve anlægget kan være påsejlet af et andet fartøj. Endvidere kan der opstå utilsigtet permanent forlængelse af ankerlinerne. Konsekvenserne ved disse scenarier er alvorlige. Der er ingen kontrol med anlægget og det driver ukontrolleret afsted. Uden tvivl vil der forekomme driftstab da forbindelsen til el nettet er en del af F15-M6-BCP 18

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG forankringen. Endvidere kan anlægget kollidere med et andet fartøj eller ende på stranden. I værste fald kan dette medføre personskader. Ved at forankringen er udført som en trepunkts forankring reducerer det risikoen for disse scenarier. En ankeralarm der gør operatøren opmærksom på, at anlægget flytter sig mere end tilsigtet, vil kunne stoppe en eventuel løsrivelse før den sker, eftersom det måske bare er den ene ankerline der er sprunget. Radarreflektorer vil synliggøre anlægget for andre skibe på havet. Dette vil endvidere være en medhjælpende faktor i en eventuel bjergningsaktion. Overvågning af forankringen vil muliggøre en tidlig start på damage control så skaderne holdes minimale. En kontrol af forankringen med et fast interval vil være en nødvendighed for at tilsikre integriteten af denne. Hvis uheldet skulle være ude skal der iværksættes en bjergningsaktion hurtigst muligt. Derudover skal SOK 8 kontaktes så de kan advare andre skibe i området. Dette for at mindske risikoen for kollision hurtigst muligt. 8. Løsningsforslag Baseret på ovenstående HAZOP analyser af de forskellige komponenter, kan der opstilles en parameterliste til brug ved monitorering af anlægget. Eftersom anlægget placeres offshore, vil det give mening at der ved monitorering af anlægget, vil være mulighed for kontrol af anlægget fra land. Det kunne for eksempel være at operatøren på land kunne udkoble sikkerhedskoblingerne i tilfælde af alarm. På nuværende tidspunkt er dette ikke muligt da anlægget er udstyret med kædekoblinger, der ikke muliggør fjernudkobling. De virker automatisk når drejningsmomentet kommer over en grænse bestemt ud fra sammenspændingen af kædekoblingerne. Endvidere er anlægget i konstant drift fra det forankres til det slæbes i havn igen. Dette gør monitorering endnu mere attraktivt og nødvendigt. Operatøren vil samtidig kunne tilgå historik på anlægget, omhandlende alle parametre, for at danne sig et overblik over hvordan driften af anlægget har været tidligere. Alle parametrene skal kunne udløse alarmer hvis værdierne bliver uhensigtsmæssige for på denne måde at gøre operatøren opmærksom på problemer. Dette vil medføre mulighed for at handle proaktivt for derved i ordentlig tid undgå driftstop. 8 SOK Søværnets operative kommando 19 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 Da der på det nuværende anlæg er monteret forudindstillede kædekoblinger, der virker ved et vist drejningsmoment, er der ikke mulighed for at fjernstyre komponenter ved en stor del af anlægget. I dette afsnit vil der være en gennemgang af HAZOP analyserne i forhold til hvilke parametre der skal monitoreres. Dernæst vil der opstilles en parameterliste, hvor alle anlæggets parametre er samlet. 8.1 Gennemgang af parametre til monitorering 8.1.1 Lineær gear En monitorering af omdrejningerne på den langsomtgående aksel vil give mulighed for at se hvorvidt det lineære gear fungerer optimalt eller ej. Hvis produktionen stopper, men den langsomtgående aksel stadig bliver påvirket af det lineære gear, så kan det konstateres at der er fejl andetsteds i anlægget. I praksis vil denne fejlfinding ved hjælp af udelukkelsesmetoden ikke være nødvendig. Monitoreringsløsningen vil give alarmer på de fejlramte komponenter for derved at lette fejlsøgning. Endvidere vil en monitorering af vibrationer i lejerne på den langsomtgående aksel kunne indikere fejl i oplining eller andre fejl andetsteds på anlægget. Det vil også indikere slitage af lejerne. Dette gør planlægningen af vedligehold på anlægget lettere. 8.1.2 Kædekoblinger Monitorering af kædekoblingerne vil kunne logge hver gang de skrider/kobler. Monitoreringen vil skulle omfatte omdrejnings frekvens på begge sider af koblingen, hvor skridmønstret fremstår som differensen. Endvidere vil en temperatur føler give indikation for uregelmæssig drift, hvis temperaturen i kædekoblingerne bliver for høj. For høj skrid frekvens kombineret med for høj temperatur er en kritisk situation, der kræver aktion ved nedsætning af belastningen af koblingen. Indtil anlægget kan serviceres kan der være tale om at reducere belastningen fra generatoren eller helt udkoble denne. En indikator for slitage af kædekoblingerne vil gøre planlægning af vedligehold i god tid muligt, for på denne måde at undgå unødvendig nedetid. Der vil hele tiden være kontrol med konditionen af koblingerne. Således vil det lette planlægningen af vedligehold på anlægget. Vibrationsmåling på koblingerne vil indikere slitage på koblingslamellerne og operatøren vil derved, i god tid, kunne foretage de indledende øvelser før udskiftning og før ovennævnte kritiske driftssituation. F15-M6-BCP 20

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 8.1.3 Gear Temperatur monitorering af gearet vil sikre at grænseværdierne for smøreolien overholdes, endvidere vil det kunne indikere uhensigtsmæssig drift hvis temperaturen stiger for meget i gearet. En monitorering af smøreoliestanden i gearet vil sikre korrekt smøring under drift. Der er ikke monteret tvunget smøring af gearet, så det er vigtigt at oliestanden i gearet er korrekt. En vibrationsmåling på gearet vil endvidere give operatøren en ide om tilstanden af tandhjulene uden at skulle skille gearet ad. Endnu en ting der letter vedligeholdsplanlægningen. 8.1.4 Svinghjul Vibrationsmåling på svinghjulet vil kunne visualisere en eventuel fejl i opliningen, eventuelt grundet løseskiveparter, løs PMG fra fundament, dårlig oplining fra monteringen eller uforsætlig belastning af den hurtigtgående aksel. Vibrationsmåling på radial vibrationerne imellem koblings halvparterne, i koblingen mellem gear og svinghjul ville være en mulighed. I forbindelse med start-up og shutdown er der ikke meget at gøre med de nuværende komponenter monteret på anlægget. En løsning kunne være at spinne svinghjulet op ved hjælp af generatoren inden man koblede den langsomtgående aksel sammen med det lineære gear. Det er dog ikke undersøgt om dette vil være rentabelt. 8.1.5 Permanent magnetiseret generator (PMG) Monitorering af vibrationer i lejerne på generatoren vil give en indikation om slitage af lejerne. Endvidere vil en temperatur måling kunne alarmere, udkoble generatoren eller igangsætte ventilation i maskinrummet, hvis temperaturen i generatoren bliver for høj. Dette anses dog ikke som en risiko på modelanlægget da generatoren kun er på 3kW. En fejlstrømsafbryder vil kunne sikre det øvrige elektriske system i tilfælde af kortslutning. Endvidere vil det være en god ide at isolere generatoren fra det øvrige elektriske system, eventuelt med sikringer eller maksimalafbrydere. En monitorering af omdrejningerne på den hurtiggående aksel vil være en fordel da operatøren dermed altid har fuldt overblik over anlæggets drift. 21 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 8.1.6 Forankring Forankringen er en essentiel del af det flydende anlæg og det er derfor vigtigt at kende tilstanden af denne. En ankeralarm der virker ved hjælp af GPS vil kunne alarmere, hvis anlægget flytter sig mere end en preindstillet radius fra siten. På denne måde vil en fejl i forankringen opdages relativt hurtigt og der kan dermed igangsættes visuel inspektion af anlægget, med check af forankringen eller måske endda en bjergningsaktion hvis anlægget har revet sig løs. GPS en bevirker at anlæggets position kendes så længe der er kontakt til anlægget. På denne måde kan operatøren holde eventuelle skibe i området underrettet i tilfælde af løsrivning. GPS en er dog lidt speciel i et styrings henseende, da den sender signal til monitoreringsprogrammet. Programmet skal så behandle det signal og agere ud fra det. Hvis positionen er for langt fra den oprindelige skal programmet udsende en alarm. Samtidig skal programmet videresende GPS signalet til operatørens programinterface, for på den måde at visualisere positionen på et kort. Den permanente forlængelse af forankringen burde også monitoreres da dette kan betyde mindre fleksibilitet i forankringen, men også uhensigtsmæssige ankeralarmer, hvor anlægget stadig ligger forankret, men hvor forankringen dog har strukket sig så meget at radiussen for anlægget er for stor. 8.2 Parameterliste Herunder er opstillet en samlet parameterliste til monitorering af anlægget. IN/OUT henviser til om parameteren er input eller output. Input er data som monitoreringen får ind, mens output er monitoreringens respons til disse data. For eksempel kan et input fra en temperatur føler få et output til at starte ventilationen i maskinrummet. I forbindelse med parameterlisten skal IN/OUT forstås således at udgangspunktet er monitoreringsprogrammet. Derfor vil et input være et signal der sendes fra en sensor til programmet. Programmet reagerer på signalet og sender et output signal hvis krævet. Et output signal vil være et udadgående signal sendt fra programmet til en komponent for at styre denne. Parameteren er bare et navn til føleren. Dette for at gøre det overskueligt i forbindelse med et proces og instrumenterings diagram. Så er føleren nem at finde på diagrammet og dermed på selve anlægget. Teksten forklarer parameteren mens tilstand viser om parameteren er normally open, closed eller ingen af delene i tilfælde af analoge inputs. Parameterlisten er illustreret ved hjælp af figur 17 på næste side. F15-M6-BCP 22

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG IN/OUT PARAMETER TEKST TILSTAND Analog input RPM-SLOW Omdrejninger på langsomtgående aksel - Analog input RPM-HIGH Omdrejninger på hurtiggående aksel - Analog input VIB-LIGE Vibrationsmåling på lineær gear - Analog input TEMP-KOB Temperatur på kædekoblinger - Analog input SLIT-KOB Indikator for slitage af kædekoblinger - Analog input VIB-KOB Vibrationsmåling på kædekoblinger - Analog input TEMP-GEAR Temperatur på gear - Analog input VIB-GEAR Vibrationsmåling på gear - Analog input VIB-FLY Vibrationsmåling på svinghjul - Analog input TEMP-PMG Temperatur på PMG - Analog input VIB-PMG Vibrationsmåling på PMG - Analog input FOR-FOR Permanent forlængelse af forankring - Digital input GPS-FOR GPS position af anlægget - Digital output KOB-PMG Ind/Udkobling af PMG NO Digital output GPS-SOK Automatisk informering af SOK ved løsrivning - Figur 17 Parameterliste til monitoreringsløsning. 9. Diskussion Denne diskussion vil omhandle hvorvidt der ved en eventuel implementering af dette løsningsforslag, vil kunne opnås en optimal overvågning af anlægget på alle de vigtigste parametre, for at sikre en effektiv drift af anlægget. En effektiv drift af anlægget vil være en drift med mindst mulig nedetid grundet havari af komponenter. Derfor vil en monitorering af anlægget give mening i relation til at udarbejde en vedligeholdsplan. Eftersom anlægget er flydende og placeret svært tilgængeligt offshore, kræves indgående kendskab til tilstanden af de forskellige komponenter i anlægget. Denne kendskab kan opnås ved hjælp af de monitorerede parametre opstillet i afsnit 8.2. Der kan ikke opnås kontrol med anlægget da, det på nuværende tidspunkt, er udført med henblik på at være så automatisk kørende som muligt. Der er ingen mulighed for at styre kædekoblingerne og koble ind og ud som operatøren ønsker. Generatoren kan dog, på nuværende tidspunkt, kobles ud ved hjælp af inverteren. Der kan dog opnås et solidt grundlag for planlægning af vedligehold. Ved hele tiden at kende tilstanden af komponenterne, kan operatøren planlægge vedligehold af anlægget optimalt. Ved planlægningen af vedligehold kan der vælges at udskifte de komponenter der viser begyndende tegn på slitage. En 23 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 vibrationsmåling er det bedste værktøj til at opdage de tidligste tegn på slitage 9. Dette er illustreret på figur 18 10. Figur 18 Illustration af typisk udvikling af mekaniske fejl. En anden vigtig faktor ved denne løsning er omkostningerne forbundet med driften af anlægget. Ved en solid monitorering af anlægget og derved en fornuftig planlægning af vedligehold kan driftsomkostningerne holdes på et minimum. Figur 19 Sammenhæng mellem antal nedbrud og omkostningerne i relation til forskellige vedligeholdstyper 11. Figur 19 illustrerer sammenhængen mellem de forskellige vedligeholdstyper i relation til omkostninger og antal nedbrud. Præventiv vedligehold holder uønsket nedetid på et minimum, men du kan risikere at 9 Vedligehold, Asset Maintenance Management Svend Aage West 3. udgave 2011 Bogfondens forlag 10 http://www.mdpi.com/1996-1073/7/4/2595/pdf 11 http://www.mdpi.com/1996-1073/7/4/2595/pdf F15-M6-BCP 24

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG udskifte sunde komponenter hvilket kan gøre dette til en dyr løsning. Den afhjælpende vedligehold er dyr i driftstab og reparationsomkostninger. Intelligent vedligehold med tilstandsmonitorering af komponenterne, er den billigste løsning med hensyn til de totale vedligeholdsomkostninger. HAZOP analyserne kunne have været udført meget mere dybdegående end de er. Dette ville måske have anskueliggjort andre problematikker. Der kan dog også argumenteres for at analysen er tilstrækkelig til denne type modelanlæg. Det ville dog være fordelagtigt at dybdegøre analysen hvis det tænkes anvendt på større, eventuelt kommercielle, anlæg. Alt tyder derfor på at der kan opnås en effektiv drift af anlægget ved hjælp af monitorering. Både i forbindelse med vedligehold, men også i forbindelse med den store vidensbank der bliver opbygget ved hjælp af driftshistorikken. 10. Konklusion Det kan konkluderes at HAZOP analyserne virker som et godt værktøj til opstilling af en parameterliste til monitorering. Dette har gjort det muligt at fremføre et løsningsforslag til en monitoreringsløsning af anlægget. Analyserne kunne dog have været mere dybdegående end de har været. HAZOP metoden bevirker at der virkelig kan analyseres helt ned til mindste detalje. Det kan endvidere konkluderes at der kan opnås et fremragende udgangspunkt for planlægning af vedligehold på anlægget. Monitoreringen er medvirkende til at gøre damage control overkommeligt, selvom anlægget er placeret offshore. Dette dog ikke i en voldsom grad eftersom anlægget er designet til at køre så automatisk som muligt. Til brug for dette modelanlæg er den fremstillede løsningsmetode i afsnit 8 fundet tilstrækkelig. 11. Perspektivering Efter at have udarbejdet løsningsforslaget i afsnit 8 og diskuteret dette i afsnit 9, fremkommer det at en monitoreringsløsning på anlægget vil være medvirkende til nemmere planlægning af vedligehold samt kunne give en god driftshistorik. Men eftersom anlægget er konstrueret til at virke så automatisk som muligt, vil Crestwing ikke få fuldt udbytte af en implementering af løsningen. Det vil dog være nærliggende at udnytte metoden, brugt i denne rapport, i forbindelse med projekteringen af prototype anlægget. Da konstruktionen af anlægget endnu ikke er påbegyndt, vil det være muligt at vælge komponenter der er 25 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 fordelagtige, med henblik på en monitoreringsløsning, hvor operatøren vil opnå en større grad af styring med anlægget. Ud fra resultaterne i denne rapport vil det derfor give mening for Crestwing, at udnytte HAZOP analyser på prototype anlægget allerede i projekteringsfasen. Derfor anbefaler jeg at erfaringerne fremkommet igennem arbejdet med denne rapport bliver brugt fremover ved projekteringen af prototypen. En monitorering af anlægget vil være endnu mere nødvendig i fremtiden når der skal opereres med bølgekraft parker. Ligesom vindmølle parkerne bliver monitoreret nu således vil bølgekraft parkerne også skulle monitoreres i fremtiden. Endvidere kan det siges at da HAZOP metoden er fundet nyttig i denne sammenhæng, vil hele branchen sandsynligvis kunne anvende denne metode i forbindelse med deres egne anlæg. Dermed kan der opnås den bedste 12. Kildeliste 12.1 Litteraturhenvisninger Vedligehold, Asset Maintenance Management Svend Aage West 3. udgave 2011 Bogfondens forlag Praktisk regulering og instrumentering Thomas Heilmann Heilmann s forlag Bølgekraftteknologi - Strategi for Forskning, Udvikling og Demonstration 2012. Se link 5 i afsnit 12.2. 12.2 Web baserede links 1. http://www.dmi.dk/fileadmin/rapporter/tr/tr12-07.pdf 2. http://www.vindstat.dk/hovedtabel.php 3. http://frederikshavn.dk/sider/energibyen.aspx 4. http://arbejdstilsynet.dk/~/media/at/at/06-temaer/arbejdsulykker/30-metoder-til-forebyggelse/8-4-identificering-af-farekilder%20pdf.ashx 5. http://vbn.aau.dk/files/65676485/b_lgekraftteknologi.pdf 6. http://www2.deloitte.com/dk/da/pages/energy-and-resources/articles/vedvarendeenergieftersporgselstigerdeloitte.html 7. http://offshoreenergy.dk/admin/public/dwsdownload.aspx?file=%2ffiles%2ffiler%2fpublications %2fOffshoreBook_2014.pdf 8. http://www.mdpi.com/1996-1073/7/4/2595/pdf F15-M6-BCP 26

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 12.3 Andre kilder Henning Pilgaard og Ruth Bloom Udviklere af Crestwing konceptet Crestwing ApS 12.4 Kildekritik Der er brugt flere forskellige kilder i forbindelse med kortlægning af middelvindstyrken over et år. Derfor vurderes den fremkomne info at være troværdig. Der er tale om Danmarks Meteorologiske Institut som den ene kilde. DMI må i hvert fald siges at være troværdig og eksperter på området. Frederikshavns kommune har på deres egen hjemmeside proklameret deres ambitiøse vision omkring 100% vedvarende energi i 2030. Ægtheden af dette kan betvivles, men eftersom det er kommunen selv der fremfører postulatet, må man i god tro antage det for at være rigtigt. Partnerskabet for Bølgekraft arbejder for at fremme bølgekraften i Danmark. De laver rigtig mange undersøgelser for at understøtte deres sag om bølgekraft. Det kan selvfølgelig diskuteres hvorvidt disse undersøgelser er ægte. Eftersom Aalborg Universitet er en del af Partnerskabet for Bølgekraft, må man gå ud fra at undersøgelserne søges neutrale og med høj faglighed. De resterende kilder vurderes endvidere troværdige. Figurerne omhandlende vedligehold er fundet i en rapport om monitorering af en vindmølle, men selvsamme figurer optræder i Svend Aage West s bog om vedligehold. Så de er valide nok. Henning Pilgaard og Ruth Bloom anses for eksperter på Crestwing anlægget og derfor de bedste at indhente informationer fra. Beregninger af kraftpåvirkninger på anlægget understøttes yderlige af tests foretaget hos DHI. 27 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 13. Nomenklaturliste BEGREBER PTO PMG Spin-up gear Ponton Lineært gear Site Dumpload Akkumulator Damage control HAZOP Wave energy converter Condition monitoring Proposed solution SOK FORKLARING Power Take-Off. Benævnelse for hele den del af et bølgekraftanlæg der konverterer energien fra bølgen til elektricitet. Permanent magnetiseret generator. En gearing der øger en given rotation. En stor fladbundet flydende struktur. I dette tilfælde et gear der konverterer lineær bevægelse til rotation. Lokation hvor anlægget skal forankres. Stor ohmsk modstand. Bruges til at komme af med overskydende effekt. Elektrisk batteri. Kontrol af skader. Minimering af skader. Styring af uheld. Hazard and operability study. Et værktøj til at belyse eventuelle risici ved en komponent eller en proces, set i relation til driften af anlægget. Engelsk for bølgekraft anlæg. Engelsk for tilstands monitorering. Engelsk for løsningsforslag. Søværnets operative kommando F15-M6-BCP 28

27. MAJ 2015 MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 14. Bilag 14.1 Projektskabelon Emne Skribent Vejledere Mål for projektet Problemstilling Monitorering i forbindelse med bølgekraft anlægget Crestwing. Mads Fogh Jensen Søren Nyborg Hansen og Stig Libori At sikre den mest optimale monitoreringsløsning skræddersyet til Crestwing s modelanlæg. En vindmølle er oftest stabilt funderet i undergrunden med minimal bevægelse til følge uanset forholdene, men eftersom Crestwing konceptet er udarbejdet som et flydende anlæg, er der flere faktorer der besværliggør tilgængeligheden til anlægget. Disse faktorer er primært vejr afhængige, men der kan også være andre parametre der spiller en rolle i forbindelse med dette. Når man ser på et scenarie hvor anlægget er lagt ud på siten og forankret med henblik på at producere elektricitet, så har alle disse faktorer en virkning på hvor ofte anlægget kan tilgås. Dårligt vejr med høj vindstyrke forhindrer simpelthen vedligehold på anlægget, da det vil være umuligt for en tekniker at foretage sig noget som helst, når anlægget bevæger sig i takt med bølgerne. Endvidere kan godt vejr også være en forhindring, da et fald i vindstyrke umiddelbart kan foregå meget hurtigt, men dette fald i vindstyrke betyder ikke at bølgestørrelsen falder lige så hurtigt. Det kan også være at siten hvor anlægget er placeret er tæt på en passage med meget trafik på havet. Denne trafik kan skabe bølger i tide og utide, som vil vanskeliggøre teknikernes arbejde på anlægget. Eftersom det flydende anlæg er svært tilgængeligt, giver det rigtig god mening at have en god monitorering af dette. En effektiv monitorering af anlægget muliggør planlægning af vedligeholdsopgaver samt dokning skulle dette være nødvendigt. Visse opgaver i forbindelse med vedligehold kan udføres på siten, men dette kræver at forholdene er rolige, så sikkerheden er i orden for teknikerne der skal udføre disse. Derfor kan man være udsat for at skulle hente anlægget ind, hvis der er vigtige komponenter der viser tegn på slitage med risiko for havari og der ikke er noget vindue i nærmeste fremtid, hvor forholdene tillader vedligehold på siten. Endvidere kan der opstå uventede driftssituationer, der medfører at visse komponenter skal kobles ud for at undgå skader på de øvrige komponenter. Der foreligger også risiko for at anlægget simpelthen river sig løs og medfører materielle skader såvel som person skader. Muligheden for at kontrollere og overvåge anlægget i sådanne situationer er væsentlig. Dette kaldes i rapporten for damage control og er en vigtig del af monitoreringen af anlægget. 29 F15-M6-BCP

MONITORERING AF BØLGEKRAFT ANLÆG 27. MAJ 2015 Problemformulering Hypotese Hvordan sikres den mest optimale monitorering af anlægget således der opnås de bedste vilkår for planlægning af tilstandsbaseret vedligehold, med samtidig mulighed for damage control i forbindelse med havari af vigtige komponenter? 3. Det forventes at man med optimal monitorering af væsentlige sliddele kan opnå en fornuftig plan for vedligehold der medvirker mindst mulige dage hvor anlægget skal slæbes i havn eller på bedding. 4. Endvidere forventes det at der kan drages paralleller til vind industrien og deres monitorering af vindmøller. Metode For at kunne opstille en parameterliste til en monitoreringsløsning kræves indgående kendskab til samtlige komponenter i anlægget. Disse beskrives og der udføres HAZOP analyser på samtlige komponenter samt forankringen. Ud fra denne analyse vil der blive opstillet en parameterliste i forbindelse med monitorering af anlægget. Ud fra parameterlisten vil der blive opstillet et løsningsforslag til en monitoreringsløsning på anlægget. Projektets delopgaver Analyse af Crestwing anlægget. Opstilling af parameterliste i forbindelse med monitorering. Sammensætning af løsningsforslag. Diskussion af løsningsforslag ud fra et vedligeholdsperspektiv. F15-M6-BCP 30