Yaw Drive: il sistema di orientamento della navicella di una turbina eolica.

Ottimizzare l’estrazione dell’energia elettrica dal vento con la nostra soluzione customizzata.

La sfida

Sviluppare il motore adatto a orientare la navicella della turbina eolica in base al vento e massimizzare l’energia elettrica ricavabile.

Yaw Drive è il sistema di orientamento della navicella, ovvero il corpo centrale della turbina eolica, che viene posizionato a seconda della direzione del vento in modo da sfruttarne al massimo le potenzialità cinetiche. Uno Yaw Drive utilizza una serie di motori che muovono l’ingranaggio a ruota dentata del sistema di posizionamento.

 

La sfida è sviluppare dei motori ad alte performance, di dimensioni e peso compatti, particolarmente robusti e dotati di elevato grado di protezione contro la corrosione, per resistere agli ambienti esterni aggressivi tipici di questa applicazione. L’elevata affidabilità del motore è fondamentale per minimizzare gli interventi di manutenzione, particolarmente difficili e costosi ad esempio per installazioni offshore. Il design elettrico deve essere studiato per superare un ampio range di tensioni e soprattutto per assorbire le variazioni tipiche di questa applicazione che a lungo andare possono danneggiare meccanica, isolamento e funzionalità stessa del motore.

Lo sviluppo

I motori di uno Yaw Drive sono accoppiati ai rispettivi riduttori che agiscono sulla ruota dentata su cui poggia la navicella e ne permette il corretto orientamento per ottimizzare l’energia ricavabile dal vento. Devono essere dei motori performanti, con peso e taglia ridotti, per minimizzare il peso complessivo della struttura e facilitarne quindi la movimentazione e l’installazione. Al tempo stesso devono rappresentare soluzioni robuste che possano resistere alle innumerevoli sollecitazioni derivanti dal vento, es. le vibrazioni.

Il settore Wind per noi è un settore particolarmente in crescita perché abbiamo saputo interpretare le esigenze dell’applicazione e proponiamo soluzioni customizzabili a seconda dell’ambiente di installazione, della compattezza e potenza necessaria.

Andrea Silvestrini
Applications Sales Manager

Freno

Per massimizzare lo sfruttamento dell’energia cinetica del vento la navicella, una volta raggiunto l’orientamento ottimale, dovrà rimanere bloccata in posizione contrastando la spinta del vento. Il motore dovrà perciò essere dotato di un freno di stazionamento che mantenga la posizione raggiunta.

Protezione speciale agli ambienti aggressivi
Le turbine eoliche, siano esse installate in ambienti offshore oppure onshore, necessitano di speciali protezioni anticorrosione per resistere agli ambienti esterni aggressivi in cui sono installate. Non sono sufficienti le normali soluzioni protettive per applicazioni in ambienti estremi già sviluppate per le gamme di prodotti più standard.

La soluzione prevede una speciale combinazione di materiali, trattamenti (es. anodizzazione dell’alluminio) e verniciature, in grado di garantire il livello di protezione dalla corrosione richiesto dall’applicazione, sia per il corpo motore che per il freno.
Alimentazione elettrica non regolare

La tensione di alimentazione dei sistemi di supporto all’interno della turbina eolica spesso non è stabile, bensì caratterizzata da variazioni molto ampie, al di fuori delle normali tolleranze accettabili da un motore elettrico. Queste variazioni possono da un lato compromettere la funzionalità del motore, es. l'attivazione e disattivazione del freno, dall’altro lato influenzano la vita del motore, in particolare a livello dell’isolamento elettrico.

Il design elettrico deve quindi permettere al motore di superare un ampio range di tensioni e garantire un lungo ciclo di vita al prodotto.

La soluzione Lafert

Abbiamo sviluppato una gamma di motori autofrenanti, ciascuno accoppiato al rispettivo riduttore posizionato sull'ingranaggio principale della navicella. Le soluzioni comprendono motori dalla taglia 90 alla 132, dotati di freno AC o DC con coppia frenante specifica, per mantenere il posizionamento e contrastare la spinta del vento.

 

La qualità e affidabilità elevata di tutti i componenti e del motore finale minimizzano i fermi produttivi e di manutenzione. I nostri motori rispettano gli standard qualitativi definiti dalla metodologia APQP4Wind, a cui aderiscono i principali players del settore eolico.

I motori per applicazione Yaw Drive raggiungono alta efficienza fino al grado IE5 grazie alla tecnologia a magneti permanenti PM comandata da inverter che garantisce un posizionamento preciso della navicella. La soluzione è particolarmente indicata per le turbine offshore grazie all’elevata densità di coppia che permette di ridurre il peso all’interno delle navicelle, rispetto all’equivalente soluzione asincrona.

La possibilità di controllare il motore tramite inverter consente di regolare accelerazioni e frenate e limitare l’usura del sistema, in particolare del freno

Sia la versione a magneti permanenti che asincrona consiste in motori autofrenanti, dotati di freno in corrente continua o alternata, il cui posizionamento anteriore o posteriore è studiato per facilitare il montaggio sulla specifica applicazione, nonchè la successiva manutenzione. Lo speciale design elettrico del motore consente di coprire l’ampio range di tensione e le fluttuazioni tipiche dell’applicazione in una turbina eolica.


La protezione alla corrosione riguarda sia la scelta dei materiali, es. acciaio inox per gli elementi di frenatura che la verniciatura di componenti interni ed esterni al fine di raggiungere un livello di protezione alla corrosione fino C5M - High (ISO 12944, nebbia salina).

Specifiche tecniche del motore

  • Motori autofrenanti AC o PM
  • Altezza d’asse: 90 – 100 - 112 – 132
  • Freno AC o DC con elevata resistenza alla corrosione (componenti inox, es. disco freno)
  • Coppia frenante specifica per mantenere il posizionamento della navicella contrastando l’azione del vento
  • Avvolgimenti speciali per accomodare un ampio range di tensioni di alimentazione, tipico dell’applicazione eolica.
  • Efficienza fino IE5 con tecnologia PM comandata da inverter per posizionamento preciso (tramite encoder/resolver), minori sollecitazioni in avviamento ed arresto e soprattutto riduzione di peso ed ingombri (fondamentale per l’installazione delle navicelle, sempre più grandi e pesanti).
  • Protezione alla corrosione interna ed esterna fino livello C5M-High (ISO 12944, nebbia salina).
  • Flessibilità nel montaggio e posizionamento dei componenti (es. flangia, freno) per assecondare i vincoli di installazione e manutenzione all’interno della navicella.
  • Alimentazione diretta motore + freno attraverso connettori dedicati
  • Rispetto degli standard definiti da APQP4Wind.

Il futuro

Sviluppiamo e forniamo soluzioni innovative per Yaw Drive, Pitch Drive, per sistemi di sollevamento e per tutti i sistemi ausiliari di una turbina eolica. Il prossimo passo è fornire interamente una pala eolica con i nostri motori elettrici.