Самарская Наталья Сергеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения, климатехники и альтернативныех энергоустановок
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Scopus ID: 56513972300
Natalia S. Samarskaya, Cand.Sci.(Eng.), Associate Professor of the Department of Heat and Gas Supply, Climate Engineering and Alternative Energy Installations
1 Gagarin Square, Rostov-onDon, 344003
Scopus ID: 56513972300
Введение. Строительство играет ключевую роль в экономике Российской Федерации, способствуя устойчивому развитию и улучшению условий жизни населения. Современные строительные объекты представляют собой жилые и коммерческие здания, коммунальные и инфраструктурные сооружения, такие как дороги и мосты, а также промышленные и энергетические объекты, включая ветроэнергетические сооружения. Ветроэнергетика становится важной частью строительной отрасли, способствуя инновациям и технологическому прогрессу. Как объекты строительной отрасли ветроэнергетические сооружения (ВЭС) проходят свой жизненный цикл, включающий основные этапы: проектирование, строительство, эксплуатацию и утилизацию (реновацию). Каждый этап требует эффективного управления для обеспечения надежного функционирования и безопасности объекта. Так, для обеспечения в будущем генерации экологически безопасной энергии ветроэнергетическим сооружением возникает необходимость анализа планируемого объекта строительства и, как следствие, управление решениями еще на этапах проектирования и строительства. В ходе такого анализа появляется возможность выявить потенциальные проблемы этапа эксплуатации ветроэнергетического сооружения. К ним прежде всего можно отнести износ, коррозию конструктивных элементов и обморожение лопастей.
Данные проблемы являются причиной снижения производительности и срока службы объекта. В связи с этим целью работы являлся поиск возможности увеличения срока эксплуатации в жизненном цикле ветроэнергетических сооружений за счет решения проблемы обледенения лопастей на этапах проектирования и строительства.
Материалы и методы. Исследования базируются на методе анализа жизненного цикла строительных объектов, включающем систематизацию и оптимизацию процессов управления ими. Модель жизненного цикла ветроэнергетических сооружений, разработанная автором ранее, помогла выявить проблемы этапа эксплуатации объекта. Наиболее значимой проблемой, существенно влияющей на продолжительность этапа эксплуатации, является проблема обледенения лопастей. Анализ жизненного цикла ветроэнергетического сооружения показал, что обеспечить успешное решение этой проблемы целесообразно на этапах проектирования и строительства объекта. Данные проведенного анализа проблемы базируются на результатах исследований отечественных и зарубежных авторов.
В результате произведено обобщение и систематизация существующих методов борьбы с обледенением, на основе чего предложен новый способ реализации и разработана соответствующая методика выполнения работ. Такое решение, предусмотренное еще на этапе проектирования строительного объекта, позволит успешно управлять его жизненным циклом и, в частности, этапом эксплуатации.
Результаты исследования. В ходе проведенных исследований автором достигнута цель — увеличение продолжительности этапа эксплуатации в жизненном цикле ветроэнергетических сооружений. Для достижения поставленной цели проведен анализ жизненного цикла объектов строительства, в ходе которого выявлены причины, оказывающие влияние на срок эксплуатации объекта. Наиболее значимой причиной, приводящей к резкому сокращению срока службы объекта строительства, является проблема обледенения лопастей в холодный период года.
На основе анализа условий эксплуатации определены причины обледенения лопастей ветроэнергетических сооружений, установлены основные принципы защиты от обледенения и предложен новый способ решения этой проблемы с применением беспилотного летательного аппарата (далее — БПЛА), а также разработана методика нанесения гидрофобных покрытий для предотвращения процесса обледенения. Внедрение результатов исследования позволит обеспечить требуемую производительность, что, в свою очередь, увеличит срок службы ветроэнергетического сооружения.
Обсуждение и заключение. Успешное управление жизненным циклом таких объектов строительства как ветроэнергетические сооружения требует внимания не только на этапе эксплуатации объекта, но и на этапах проектирования и строительства. Ключевая задача этапа эксплуатации ветроэнергетического сооружения — обеспечение необходимой производительности и увеличение срока службы объекта — может быть решена путем тщательного анализа жизненного цикла и предотвращением будущих проблем эксплуатации еще на этапах проектирования и строительства. Предложенный в исследовании способ борьбы с обледенением лопастей может быть внедрен не только для существующих ветроэнергетических сооружений, не имеющих специальных систем против обледенения, но и для проектируемых объектов. Причем предлагаемые решения для борьбы с обледенением лопастей могут быть включены в проектную документацию как обязательные виды работ, осуществляемые на этапе строительства, а также впоследствии — на этапе эксплуатации с определенной периодичностью.
Решение проблемы на этапе проектирования объекта позволит обеспечить повышение производительности и увеличение срока службы ветроэнергетического сооружения, функционирующего в условиях холодного и влажного климата. Таким образом, результаты исследования представляют собой теоретическую базу для управления жизненным циклом ветроэнергетических сооружений как одних из перспективных объектов строительства.
Introduction. Construction plays a major role in the economy of the Russian Federation contributing to sustainable development and improving the living conditions of the population. Modern construction facilities include residential and commercial buildings, municipal and infrastructural structures such as roads and bridges, as well as industrial and energy facilities, including wind power facilities. Wind energy is becoming an important part of the construction industry, contributing to innovation and technological progress. As objects of the construction industry, wind power facilities go through their life cycle which includesthe main stages: design, construction, operation and disposal (renovation). Each stage requires effective management to ensure reliable operation and safety of the facility. Thus, in order to ensure the future generation of environmentally safe energy by a wind power plant, it becomes necessary to analyze the planned construction site and, as a result, manage solutions at the design and construction stages. During such an analysis, it becomes possible to identify potential problems during the operation phase of a wind power facility. These include, first of all, wear, corrosion of structural elements and frostbite of the blades. These problems are the reason for the decrease in performance and service life of the object. The aim of the work wasthus to search for the possibility of extending the service life in the life cycle of wind power facilities by solving the problem of blade icing at the design and construction stages.
Materials and methods. The research is based on the method of analyzing the life cycle of construction facilities, including the systematization and optimization of their management processes. The model of the life cycle of wind power facilities, developed by the author earlier, helped to identify the problems of the facility's operation phase. The most significant problem that significantly affects the duration of the operation phase is the problem of blade icing. An analysis of the life cycle of a wind power facility has shown that it is advisable to ensure a successful solution to this problem at the design and construction stages of the facility. The data of the conducted analysis of the problem are based on the research results of domestic and foreign authors.
As a result, a generalization and systematization of existing anti-icing methods was carried out, on the basis of which a new method of implementation was set forth and an appropriate work methodology was developed. Such a solution, envisaged at the design stage of the construction facility, will enable one to successfully manage its life cycle, and, in particular, the operation stage.
Results. Throughout the course of the research, the author has been able to increase the duration of the operation stage in the life cycle of wind power facilities. To this end, an analysis of the life cycle of construction facilities was carried out, during which the causes affecting the life of the facility were identified. The most significant reason leading to a sharp reduction in the service life of the construction site is the problem of icing of the blades during the cold season. Based on the analysis of operating conditions, the causes of icing of the blades of wind power structures have been determined, the basic principles of anti-icing protection have been established, and a new method for solving this problem using UAVs (unmanned aerial vehicles) has been set forth, as well as a technique for applying hydrophobic coatings to prevent the icing process. The implementation of the research results will ensure the required performance, which, in turn, will increase the service life of the wind power plant.
Discussion and conclusion. Successful lifecycle management of such construction facilities as wind power plants requires attention not only at the stage of operation of the facility, but also at the stages of design and construction. The key task of the operation stage of a wind power facility is to ensure the necessary productivity and increase the service life of the facility. This can be solved by carefully analyzing the life cycle and preventing future operational problems at the design and construction stages. The method set forth in the study to combat blade icing can be implemented not only for existing wind power plants that do not have special anti-icing systems, but also for projected facilities. Moreover, the suggested solutions for combating icing of the blades can be included in the design documentation as mandatory types of work carried out during the construction phase, as well as subsequently during the operation phase with a certain frequency.
Solving the problem at the design stage of the facility will ensure an increase in productivity and an increase in the service life of a wind power plant operating in cold and humid climates. Thus, the results of the study provide a theoretical basis for managing the life cycle of wind power facilities, as one of the promising construction projects.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.