Asset Manager, Betreiber und Betreiber von Windkraftanlagen haben zwei Hauptziele: 1) Optimierung der Verfügbarkeit von Windenergieanlagen und 2) Durchführung einer möglichst kosteneffizienten Wartungsstrategie. In diesem Artikel erläutern wir, wie die Schwingungsüberwachung zur Optimierung der Verfügbarkeit und der Wartungseffizienz von Windkraftanlagen beiträgt.
Schwingungsüberwachung gibt Einblick in den Antriebsstrang von Windkraftanlagen
Jede rotierende Industriemaschine ist Schwingungen ausgesetzt, aber wenn die Schwingungen an einer oder mehreren Stellen der Maschine zunehmen, ist es wichtig, die Ursache zu ermitteln. Die Folgen übermäßiger Vibrationen sollten nicht unterschätzt werden, da sie katastrophale Folgen für Menschen, die Umwelt und die Maschine selbst haben können.
Bei Windkraftanlagen ist es daher wichtig, alle Komponenten eines Antriebsstrangs (langsam laufende Welle, schnell laufende Welle, Getriebe und Generator) auf Schwingungen zu überwachen, da die frühzeitige Erkennung zunehmender Schwingungen und die Ermittlung ihrer Ursache das Risiko von Zwischenfällen, unerwarteten hohen Kosten und einer verkürzten Lebensdauer erheblich verringern.
Schwingungssensoren am Antriebsstrang
Der gesamte Antriebsstrang ist mit Schwingungssensoren ausgestattet, die kontinuierlich die Vibrationen aller Komponenten messen und an ein Datenerfassungssystem senden. Die Daten werden dann verarbeitet und gespeichert und in regelmäßigen Abständen von Schwingungsspezialisten mit fortschrittlicher Analysesoftware ausgewertet. Durch die regelmäßige Analyse der Windturbinen wird ein Trend gebildet, der es dem Schwingungsspezialisten ermöglicht, durch eine Trendanalyse einen Einblick in den Zustand des Antriebsstrangs zu erhalten.
Optimierung der Betriebsverfügbarkeit von Windkraftanlagen
Betrachten wir zunächst das erste Ziel, 1) die Optimierung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen. Eine optimale Betriebsverfügbarkeit wird erreicht, indem das Risiko unerwarteter Ausfallzeiten minimiert, die Lebensdauer maximiert und die Leistung optimiert wird.
Minimierung unerwarteter Ausfallzeiten; Maximierung des Ertrags
Ohne einen guten periodischen Einblick in das Schwingungsverhalten der rotierenden Komponenten und damit in den Maschinenzustand ist die Wahrscheinlichkeit unerwarteter Ausfallzeiten hoch. Wenn beispielsweise ein Lagerschaden auftritt und aufgrund mangelnder Kenntnisse über den Zustand des Lagers nicht rechtzeitig bemerkt wird, muss kurzfristig ein ganzer Arbeitsgang eingeleitet werden, um das Lager auszutauschen. Mit regelmäßiger Schwingungsüberwachung und -analyse kann ein solches defektes Lager früher erkannt und besser vorhergesehen werden, was die Reparaturkosten erheblich senkt.
Darüber hinaus trägt die oben erwähnte Trendanalyse zur Optimierung des Ertrags bei. Mit der Trendanalyse kann festgestellt werden, ob ein Lager mit beginnenden Schäden in der windstärksten Jahreszeit (von Herbst bis Frühjahr) noch wirtschaftlich betrieben werden kann oder ob es eventuell notwendig ist, die maximale Drehzahl der jeweiligen Windkraftanlage vorübergehend auf den Sommer zu begrenzen, wenn generell weniger Wind weht.
Verlängerung der Lebensdauer durch Schwingungsmessungen
Durch die frühzeitige Erkennung zunehmender Schwingungspegel im Antriebsstrang kann die Schwingungsüberwachung dazu beitragen, Faktoren zu identifizieren, die die Lebensdauer der Windkraftanlage beeinträchtigen könnten. So können Eigentümer und Betreiber Maßnahmen ergreifen, um die Lebensdauer der Turbinen zu verlängern und die Gesamtverfügbarkeit zu verbessern.
Leistungsoptimierung
Schwingungsüberwachungssysteme können auch zur Optimierung der Leistung von Windkraftanlagen eingesetzt werden. Durch die Analyse der Daten können die Ingenieure den Betrieb der Turbinen so anpassen, dass die Energieerzeugung maximiert wird, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Dies trägt zu einer höheren Verfügbarkeit bei, indem der Ertrag der Windturbinen verbessert wird.
Optimierung der Wartungseffizienz von Windkraftanlagen
Betrachten wir nun das zweite Ziel, 2) die Durchführung einer möglichst kosteneffizienten Instandhaltungsstrategie. Eine effiziente Instandhaltungsstrategie wird dadurch erreicht, dass die Instandhaltung planbar gemacht wird oder dass eine vorausschauende Instandhaltungsstrategie verfolgt wird.
Aus verschiedenen kostenbezogenen Gründen ist es für eine effiziente Wartung unerlässlich, die Wartung von Windkraftanlagen planbar zu gestalten. Der Schwerpunkt liegt stark darauf, Arbeiten am Antriebsstrang oben im Turm durchzuführen, da die Kosten erheblich steigen, wenn diese Arbeiten unten am Turm erfolgen müssen. Leider lässt es sich manchmal nicht vermeiden, dass Arbeiten am Antriebsstrang am Fuß des Turms durchgeführt werden müssen. In diesem Fall ist aufgrund der Komplexität des logistischen Prozesses ein frühzeitiger Einblick in den Zustand der Anlage unerlässlich, um die Wartung planbar zu machen. Dies beginnt mit der Einholung der erforderlichen Genehmigungen, was mindestens 12 Wochen in Anspruch nimmt, der Terminierung eines der wenigen verfügbaren Spezialteams, der Buchung eines Spezialkrans, der ebenfalls knapp ist und mit rund 40 Lkw angeliefert wird, der Bereitstellung der richtigen Werkzeuge, um den Rest des Antriebsstrangs an Ort und Stelle zu halten – die ebenfalls knapp sind –, sowie der Beschaffung des richtigen Ersatzteils.
Darüber hinaus können zusätzliche Kosten anfallen, wie z. B. Entschädigungskosten für Situationen, in denen Landwirte in der Nähe einen Teil ihrer Ernte opfern müssen, um den Zugang zu Windturbinen zu ermöglichen. Es kann auch notwendig sein, Gräben zu überbrücken, und es müssen jahreszeitliche und wetterbedingte Einflüsse berücksichtigt werden, die den Bau von Kränen aufgrund hoher Windgeschwindigkeiten oder schlammiger Böden behindern.
All dies bedeutet, dass die Wartung effizienter durchgeführt werden kann, wenn sie durch Schwingungsüberwachung und regelmäßige Schwingungsanalysen (und weitere Techniken) planbar gemacht wird.
