Anlagenmanager, Betreiber und Bediener von Windkraftanlagen verfolgen zwei Hauptziele: 1) die Optimierung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen und 2) die Umsetzung einer möglichst kosteneffizienten Instandhaltungsstrategie. In diesem Artikel erläutern wir, wie die Schwingungsüberwachung zur Optimierung der Verfügbarkeit und der Instandhaltungseffizienz von Windkraftanlagen beiträgt.
Die Schwingungsüberwachung liefert Einblicke in den Antriebsstrang von Windkraftanlagen
Jede industrielle rotierende Maschine ist Schwingungen ausgesetzt, doch wenn die Schwingungen an einer oder mehreren Stellen der Maschine zunehmen, ist es wichtig, die Ursache zu ermitteln. Die Folgen übermäßiger Schwingungen sollten nicht unterschätzt werden, da sie katastrophale Auswirkungen auf Menschen, die Umwelt und die Maschine selbst haben können.
Im Falle von Windkraftanlagen ist es daher wichtig, alle Komponenten eines Antriebsstrangs (Niedrigdrehzahlwelle, Hochdrehzahlwelle, Getriebe und Generator) auf Schwingungen zu überwachen, da die frühzeitige Erkennung zunehmender Schwingungen und die Ermittlung ihrer Ursache das Risiko von Zwischenfällen, unerwartet hohen Kosten und einer verkürzten Lebensdauer erheblich verringert.
Schwingungssensoren im Antriebsstrang
Der gesamte Antriebsstrang ist mit Schwingungssensoren ausgestattet, die kontinuierlich die Schwingungen aller Komponenten messen und an ein Datenerfassungssystem senden. Die Daten werden anschließend verarbeitet und gespeichert sowie in regelmäßigen Abständen von Schwingungsspezialisten mithilfe fortschrittlicher Analysesoftware ausgewertet. Durch die regelmäßige Analyse von Windkraftanlagen entsteht ein Trendbild, das es dem Schwingungsspezialisten ermöglicht, durch Trendanalysen Einblicke in den Zustand des Antriebsstrangs zu gewinnen.
Optimierung der Betriebsverfügbarkeit von Windkraftanlagen
Betrachten wir zunächst das erste Ziel: 1) die Optimierung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen. Eine optimale Betriebsverfügbarkeit wird durch die Minimierung des Risikos unerwarteter Ausfallzeiten, die Maximierung der Lebensdauer und die Optimierung der Leistung erreicht.
Minimierung unerwarteter Ausfallzeiten; Maximierung der Ausbeute
Ohne regelmäßige Einblicke in das Schwingungsverhalten der rotierenden Komponenten und damit in den Maschinenzustand ist die Wahrscheinlichkeit unerwarteter Ausfallzeiten hoch. Wenn beispielsweise ein Lagerschaden auftritt und aufgrund fehlender Einblicke in den Lagerzustand nicht rechtzeitig bemerkt wird, muss kurzfristig ein kompletter Arbeitsgang eingeleitet werden, um dieses Lager auszutauschen. Durch regelmäßige Schwingungsüberwachung und -analyse kann ein solches defektes Lager früher erkannt und besser antizipiert werden, was die Reparaturkosten erheblich senkt.
Darüber hinaus trägt die oben erwähnte Trendanalyse zur Optimierung des Ertrags bei. Anhand der Trendanalyse lässt sich feststellen, ob ein Lager mit beginnenden Schäden während der Saison mit dem höchsten Windpotenzial (von Herbst bis Frühjahr) noch kosteneffizient betrieben werden kann oder ob es erforderlich sein könnte, die maximale Drehzahl der jeweiligen Windkraftanlage vorübergehend zu begrenzen, bis zum Sommer, wenn in der Regel weniger Wind weht.
Verlängerung der Lebensdauer durch Schwingungsmessungen
Durch frühzeitige Erkenntnisse über steigende Schwingungspegel im Antriebsstrang kann die Schwingungsüberwachung dazu beitragen, Faktoren zu identifizieren, die die Lebensdauer der Windkraftanlage beeinträchtigen könnten. Dies ermöglicht es Eigentümern und Betreibern, Maßnahmen zu ergreifen, um die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und die Gesamtverfügbarkeit zu verbessern.
Leistungsoptimierung
Schwingungsüberwachungssysteme können auch zur Leistungsoptimierung von Windkraftanlagen eingesetzt werden. Durch die Analyse der Daten können Ingenieure den Betrieb der Anlagen so anpassen, dass die Energieerzeugung maximiert wird, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Dies trägt zu einer höheren Verfügbarkeit bei, indem der Wirkungsgrad der Windkraftanlagen verbessert wird.
Optimierung der Wartungseffizienz von Windkraftanlagen
Betrachten wir nun das zweite Ziel: 2) die Umsetzung einer möglichst kosteneffizienten Instandhaltungsstrategie. Eine effiziente Instandhaltungsstrategie wird erreicht, indem die Instandhaltung planbar gemacht wird oder indem 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 unten am Turm 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 dauert, über die Terminierung eines der wenigen verfügbaren Spezialteams, die Buchung eines Spezialkrans, der ebenfalls knapp ist und mit rund 40 Lkw angeliefert wird, die Bereitstellung der richtigen Werkzeuge, um den Rest des Antriebsstrangs an Ort und Stelle zu halten – die ebenfalls knapp sind –, bis hin zur Beschaffung des richtigen Ersatzteils.
Darüber hinaus können zusätzliche Kosten zu berücksichtigen sein, wie beispielsweise Entschädigungskosten für Fälle, in denen benachbarte Landwirte einen Teil ihrer Ernte opfern müssen, um den Zugang zu Windkraftanlagen zu ermöglichen. Es kann auch erforderlich sein, Gräben zu überbrücken, und es müssen saisonale und wetterbedingte Einflüsse berücksichtigt werden, die den Kranbau aufgrund hoher Windgeschwindigkeiten oder schlammiger Böden behindern.
All dies bedeutet: Wenn die Instandhaltung durch Schwingungsüberwachung und regelmäßige Schwingungsanalysen (sowie zusätzliche Verfahren) planbar gemacht werden kann, lässt sie sich effizienter durchführen.
