Life cetered maintenance : a new methodology for maintenance management and planning applied to wind turbines

Abstract

La gestión de activos y del mantenimiento ha ganado atención desde diferentes perspectivas en la industria, incluyendo la industria de la energía. El viento es una atractiva fuente de energía renovable, como se puede observar por el creciente número de parques eólicos instalados por el mundo, y la tendencia de nuevas instalaciones en los próximos años. El ``coste-beneficio'' y uso eficiente de los activos disponibles del sistema es crucial en el contexto actual debido a la estructura competitiva de los negocios que están siendo desarrollados.

La integración de la información recibida desde diferentes departamentos de la empresa, como operación y mantenimiento, está en creciente interés. Maximizar la vida útil de los activos es una de las medidas que actualmente están siendo analizadas y aplicadas. Mantener el activo cuando es realmente necesario ayuda a garantizar que se alcance esta maximización. Además, los nuevos sistemas de ingeniería son cada vez más complejos y sometidos a condiciones de trabajo extremas para alcanzar la nueva demanda operacional y responder a los niveles de calidad requeridos. La necesidad de tener sistemas con estándares de calidad elevados y bajos costes, provoca el desarrollo de equipos con nuevas tecnologías y nuevas estrategias de mantenimiento que permitan a sus operadores alcanzar esta creciente demanda.

Muchos modelos de mantenimiento han sido propuestos en los últimos años. Actualmente, el mantenimiento aplicado a los aerogeneradores está basado en acciones de mantenimiento periódicas recomendadas por sus fabricantes. Sin embargo, este típico enfoque no presta atención a la vida real de los aerogeneradores, caracterizada por condiciones climáticas específicas, estrés por sobrecargas, horas de trabajo continuadas, etc. Estos factores son cruciales para el conocimiento de las condiciones en las que operan, y el mantenimiento tiene que adaptarse a esto para minimizar los costes o maximizar la vida útil del aerogenerador.

Esta tesis tiene como objetivo proponer una nueva y práctica metodología de gestión y planificación del mantenimiento aplicada a aerogeneradores para ayudar en el proceso de toma de decisiones, utilizando un enfoque capaz de integrar datos desde diferentes fuentes en un único plan de mantenimiento comprometido con las necesidades (restricciones presentes) y deseos (restricciones futuras) del sistema. En este sentido, se propone una amplia solución para el problema del proceso de toma de decisiones en la gestión del mantenimiento, con base en una nueva y completa metodología de mantenimiento que cubre todos los principales pasos de gestión de la vida del activo. Los casos-estudio presentados en esta tesis están enfocados principalmente en los aerogeneradores, pero los conceptos generales y la metodología puede ser aplicada a cualquier activo industrial, siempre que existan datos SCADA disponibles, no siendo necesario tener datos de sistemas especiales de seguimiento continuo. Sin embargo, si estos están disponibles, podrán ser integrados en la metodología de mantenimiento propuesta.

The asset and maintenance management gain attention from different perspectives in industry, including wind energy. Wind is an attractive source of renewable energy, as it can be seen by the growing number of installed wind farms all over the world, and the future trends of new installations over the coming years. The cost-effective, efficient use of available assets is crucial in the current industrial context due to the competitive framework where current businesses are being developed.

Of increasing interest in industry is the fusion or integration of information coming from different departments of a company, such as operation and maintenance. Maximizing the lifespan of the asset is one of the measures currently being analyzed and applied in this field. Maintaining the asset when required helps to guarantee that this maximization is achieved. Moreover, new engineering systems are becoming increasingly complex and subject to more severe working conditions to reach the new operation demand and to respond to the required quality levels. The need for having systems with higher levels of quality and low costs causes the development of equipment with new technologies and new maintenance strategies.

Many maintenance models have been proposed over a long period of time. The current practice of maintenance applied to the existing wind turbines is based on periodic or preventive maintenance actions recommended by their manufacturers. However, this typical approach does not pay attention to the real and local life of the wind turbines characterized by weather conditions at the location, stress by over-load, continuous working hours, etc. These factors are crucial to a knowledge of the specific conditions in which a wind turbine operates, and any maintenance has to be tailored to these conditions if one is to minimize costs or maximize the lifespan of the wind turbine.

This thesis aims at providing a new and practical methodology for maintenance management and planning applied to wind turbines to support the decision making process, using an approach that is capable of integrate data from different sources in a unique maintenance plan committed to the system needs (present constrains) and wishes (future constrains). In this sense, a wide solution is proposed to the maintenance management decision-making problem, based on a new and complete maintenance methodology that covers all the main asset life management steps. The case studies presented in this thesis are focused mainly on the wind turbines, but the global concepts and methodology could be applied for any industrial asset, if SCADA data is available. In this sense, no extra data, for example from an especial condition monitoring system, is needed. However, if this kind of data is available, it can be easily integrated in the proposed maintenance management framework.