Das Condition Monitoring bei On- und Offshore-Windkraftanlagen hat zwei übergeordnete Ziele: Es steigert den Lebenszyklus der Anlage und reduziert die Kosten.
Weidmüller
Der Trend zu Industrie 4.0-Lösungen lässt sich laut einem Hersteller für Elektrotechnik auch in der Windkraft-Branche ablesen. Auf der Hannover Messe präsentierten viele Hersteller ihre Lösungen zu diesem Bereich. Aufgrund des anhaltenden Wachstums in der Windkraft und der damit einhergehenden Industrialisierung der Branche steigt derzeit das Interesse an Lösungen, die helfen, die Effizienz der Anlagen noch weiter zu steigern. Innovationen aus dem Bereich der Automatisierung sind gefragt.
Automatisierungslösungen erlauben es, den Verbrauch und die erzeugte Energiemenge zu ermitteln und abzugleichen. Diese Zustandsüberwachung ermöglicht ein Condition Monitoring System. Die Anlagen können damit flexibel zu- und abgeschaltet werden. Einspeise-Richtlinien, sogenannte Grid Codes, werden erfüllt. Condition Monitoring ist ein Baustein für den kosteneffizienten Betrieb der Anlage. Hierzu benötigt der Anwender kontinuierliche Informationen über den aktuellen Zustand der Anlage und deren Funktionen.
Intelligente Strommesswandler an den Anlagen und am Netz-Einspeise-Punkt sind ein wichtiger Ansatz. Windkraftanlagen können mit ihrer Hilfe zusammengeschaltet und im Rahmen eines adäquaten Lastenmanagements als Erzeugungskapazitäten eines virtuellen Kraftwerks verwaltet werden.
Monitoring einzelner Komponenten
Zu den kommunikationsfähigen Überwachungsfunktionen für On- und Offshore-Windkraftanlagen zählen Blattmonitoring, Monitoring der Netzqualität, Schraubenmonitoring, Blitzeinschlags- und Turmschwingungsmessung sowie Anti-Icing. Diese Funktionen ermöglichen die gezielte Überwachung und Optimierung von Windkraftanlagen und bilden die Grundlage des Condition Monitoring Systems, CMS.
Schwingungsdiagnose oder die Drehmoment- und Torsionsschwingungsanalyse gehören zur Zustandsüberwachung bei Windkraftanlagen. Bei einem CMS wird die Maschinendiagnose automatisiert und die Informationen von einer Software ausgewertet. Der Betreiber der Anlage kann so Rissbildungen oder Schäden durch starke Lasten an Getriebe, Schrauben und anderen Teilen rechtzeitig erkennen.
Hans Schlingmann, Head of Energy Solutions beim Elektrotechnikhersteller Weidmüller, sieht eine hohe Nachfrage der Industrie in der Ermittlung der Schraubenvorspannkräfte mittels CMS. "Um zu prüfen, ob die Verbindung noch intakt ist, kann diese ausgemessen werden. Liegt ein Defekt vor, können wir in die Steuerung gehen. An diesem Punkt wird entschieden, ob die Anlage aus dem Wind genommen wird, bis ein Servicetechniker den Defekt beheben kann", erklärt er. Schäden an der Anlage können so minimiert werden. Dies steigert den Lebenszyklus der Anlage und reduziert die Kosten.
Systeme passen sich wachsenden Anforderungen an
Als Herausforderung für die Hersteller eines CMS im Bereich Windkraft nennt Hans Schlingmann die Umwelteinflüsse, die auf die Technik wirken. Luftfeuchtigkeit und Schock spielen ebenso eine Rolle wie die salzhaltige Luft im Bereich Offshore. Eine weitere Herausforderung liegt in der Entwicklung des Systems. "Heute können wir prüfen, ob eine Schraubverbindung intakt ist oder nicht aufgrund analoger Signale. Ziel ist die Entwicklung eines Systems mit dem mehr Informationen über die Schraubenverbindung aufgenommen werden können," erläutert er.
Die Weiterentwicklung des CMS an komplexer werdende Anforderungen sehen die Springer-Autoren RodrigoJ.A. Vieira und MiguelA. Sanz-Bobi als große Aufgabe. Sie erläutern im Buchkapitel "Condition Monitoring and Maintenance Methods in Wind Turbines" den Weg, den das System bereits gegangen ist: weg von der reinen Fehlermeldung, hin zu einem präventiven Überwachungssystem. Sie benennen die Rolle der Informations- und Kommunikationstechnologie für weitere Entwicklungen und veranschaulichen ihre Vorschläge anhand Grafiken.