Die kontinuierliche Überwachung von Offshore-Windparks über CMS ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Schäden. Wartungsarbeiten an Windenergieanlagen können der Auslastung angepasst werden. Vorreiter bei entsprechenden Lösungen ist die österreichische Firma Bachmann Electronic
Als weltweit erste steuerungsintegrierte Lösung hat der Germanische Lloyd (GL) kürzlich das Condition Monitoring System (CMS) » -Guard[ds_preview]« von Bachmann Electronic zertifiziert. Die komplette Aufzeichnung, Analyse und Bewertung der Daten aus dem CMS kann parallel zum Steuerungsprogramm ausgeführt werden.
Hohe Verfügbarkeit mit CMS
Windenergieanlagen (WEA) sind Produktionseinrichtungen, deren Verfügbarkeit unmittelbaren Einfluss auf deren Amortisation einerseits und auf die zuverlässig planbare Bereitstellung von Energie im Netz andererseits hat. Deshalb sind energetische Verfügbarkeiten von mehr als 97 % das Ziel, was sowohl Betreiber wie Hersteller fordern.
Auch für Offshore-WEA werden genau wie bei Onshore-Anlagen solche Werte angestrebt, obwohl die erschwerte Zugänglichkeit von Windrädern auf See erhebliche Ausfallzeiten bei größeren Reparaturen erwarten lässt. »Um Stillstandszeiten minimieren zu können, ist es erforderlich, eine kontinuierliche Zustandsüberwachung der Windenergieanlage vorzunehmen«, erklärt Axel Ringhandt, Branchenmanager Wind bei Bachmann Electronic im österreichischen Feldkirch. »So können auftretende Schäden frühzeitig erkannt, lokal begrenzt und Folgeschäden an weiteren Bauteilen verhindert werden.«
Noch zwei weitere Vorteile hat Condition Monitoring: Notwendige wartungsbedingte Anlagenabschaltungen werden planbar und können gezielt terminiert werden, zum Beispiel in windschwachen Perioden. Darüber hinaus kommt der logistische Vorteil zum Tragen, denn beispielsweise müssen nur wirklich benötigte Teile zu Offshore-Anlagen transportiert werden.
Kosteneinsparung bei Betrieb und Instandhaltung
CMS liefern der technischen Betriebsführung kontinuierlich Daten über den Betriebszustand aller relevanten Anlagenteile einer WEA. »Mit einer gezielt geplanten und vorbereiteten Wartung und durch die Vermeidung möglicher Folgeschäden lassen sich die Kosten für Betrieb und Instandhaltung um bis zu 50 % reduzieren«, stellt Ringhandt anschaulich dar. »Insbesondere bei Offshore-Anlagen, die nur eingeschränkt und mit großem zeitlichen sowie finanziellen Aufwand erreichbar sind, ist ein solches System unverzichtbar.«
Richtlinie des GL als branchenweite Grundlage
Die Zertifizierung des CMS sowie der Unternehmen, die entsprechende Überwachungsdienstleistungen anbieten, ist wiederum Voraussetzung für die Zertifizierung von Windanlagen selbst. In der Richtlinie des GL zur Zertifizierung von WEA wird der Stand der Technik zusammengefasst. So gibt diese die wichtigsten Randbedingungen zur Entwicklung, Installation und den Betrieb dieser Systeme vor.
Im Teil zur Zertifizierung von Condition Monitoring Systemen für Windenergieanlagen werden durch den GL neben den Messsystemen, wie etwa zur Schwingungs- und Körperschallmessung, auch die Anforderungen an die Analyse, Interpretation und Speicherung der Daten sowie Handlungsempfehlungen bei der Überschreitung von Grenzwerten beschrieben.
Ebenfalls darin festgelegt sind die Anforderungen an die Überwachungsstelle. »So muss beispielsweise erklärt werden, wie Grenzwerte ermittelt und warum sie in dieser Form gewählt wurden. Damit wird sichergestellt, dass die Auswertung und Interpretation der komplexen CMS-Daten mit ausreichender Qualifikation erfolgt«, beschreibt Ringhandt.
Bei der Richtlinienerstellung stand der GL in Kontakt mit Windparkbetreibern, die verschiedene Systeme im Einsatz haben, mit Herstellern von Windenergieanlagen bzw. CMS sowie der Versicherungsbranche. Somit gelang es, dass die Richtlinie von einer
breiten Basis mitgetragen wird. Gleichzeitig wird eine größtmögliche Neutralität und Akzeptanz gewährleistet. Die GL-Richtlinie bildet damit die Grundlage für die Entwicklung und Installation von CMS.
Know-how für optimale Prozesssteuerung
Condition Monitoring Systeme stellen höchste Anforderungen an die Sensorik und Messdatenerfassung, aber auch an die Weiterleitung der Daten und deren anschließende Analyse bzw. Diagnose. »Das eingesetzte Modul der CMS-Baugruppe AIC212 von Bachmanns M1-Automatisierungssystem bietet hochauflösende Vibrationsmesseingänge zur signalkorrelierten Erfassung verschiedenster Messstellen«, erläutert Holger Fritsch, Geschäftsführer bei Bachmann Monitoring.
Derzeit können bis zu vier AIC212-Module in die Analyse integriert werden – das entspricht 48 Kanälen. Parallel ist es möglich, auch Daten aus der Steuerung oder über Feldbusprotokolle von anderen Quellen zu erfassen und in die Analyse aufzunehmen. »All dies – kombiniert mit ausgefeilten signalanalytischen Verfahren und Expertenkenntnissen des Gesamtsystems – sind die Voraussetzung für zuverlässige Aussagen über den Maschinenzustand«, fasst Fritsch zusammen. Bachmanns CMS erfülle diese Anforderungen.
Ein auf Basis des M1-Systems aufgebautes CMS profitiert zudem von den vielfältigen Kommunikations- und Serviceschnittstellen und reduziert darüber hinaus die Einarbeitungszeit für Inbetriebsetzungs- und Wartungspersonal. Sichere Webtechnologien erlauben den definierten Zugriff auf das Gesamtsystem oder auf individuelle Anlagenteile auch von außen. Die Daten sind damit Betreibern und Servicepersonal jederzeit zugänglich, sodass eine optimale Prozesssteuerung und Energiegewinnung gelingt.
Mehr Effizienz durch integrierte Lösung
Die gesammelten Daten der Windkraftanlage werden in dem auf dem M1-Automatisierungssystem implementierten MMS-Server (Manufacturing Message Specification Server) zusammengefasst. Sie können mit dem in der IEC 61850 beschriebenen Fernwirkprotokoll für Energieanlagen einfach dem übergeordneten Monitoring-System zur Verfügung gestellt werden.
»Durch die Einbettung in das M1-System können bei Auswertungen zusätzlich beliebige Signale und Variablen des gesamten Steuerungsverbundes, wie beispielsweise die aktuelle Leistung oder der Betriebszustand, mitberücksichtigt werden, ohne dass hierfür eine doppelte Sensorik erforderlich ist«, hebt Ringhandt den Vorteil des integrierten CMS hervor. Auf dieser Basis können weitere Funktionen, zum Beispiel zur Überwachung der Turmstruktur oder der Rotorblätter, in das CMS bzw. die Steuerung integriert werden, was einen wesentlichen Vorteil der Lösung darstellt.
Gemacht für Extrembedingungen
Alle Komponenten des CMS sind als Cold-Climate-Variante verfügbar und für einen erweiterten Betriebstemperaturbereich von -30 bis +60 °C (Temperaturspitzen von -40 bis +70 °C) – auch unter Betauung – ausgelegt. Sie halten enormen mechanischen Belastungen stand und sind daher besonders für den Einsatz unter extremen Bedingungen geeignet, wie etwa in Offshore-WEA.
Fernüberwachung
Auch das unternehmenseigene, ebenfalls vom GL zertifizierte Monitoring-Center in Rudolstadt (Deutschland) bietet viel Kompetenz. Mehr als 1.700 Anlagen von 18 verschiedenen Herstellern mit einer kumulierten Leistung von weltweit über 2 MW werden dort aktuell überwacht.
Die Daten aller Anlagen werden im Center konsolidiert und von erfahrenen Diagnosespezialisten analysiert. Grenzwertüberschreitungen werden unmittelbar als Alarm erfasst und den Experten angezeigt. Durch die Integration des CMS in die Automatisierung stehen dem Personal zusätzlich Daten aus der Betriebsführung zur Verfügung, was zu noch genaueren Ergebnissen führt.
»Der Betriebsführer der Anlage erhält nicht nur eine verifizierte Fehlermeldung, sondern auch eine Einschätzung der Betriebsrelevanz sowie konkrete Handlungsempfehlungen«, erklärt Bachmann-Manager Ringhandt. »Damit kann das Betriebsverhalten weiter optimiert und der Ertrag gesteigert werden.«
Zertifizierung als konsequenter Schritt
Die Richtlinien des GL werden von Bachmann Electronic in vollem Umfang erfüllt: Alle für das Condition Monitoring eingesetzten Systemkomponenten einschließlich der Servicedienstleistung der Online-Fernüberwachungszentrale von Bachmann Monitoring sind nach den Richtlinien des GL zertifiziert.
Die umfassenden und langjährigen prozesstechnischen Erfahrungen machen das Unternehmen deshalb zu einem gefragten Partner bei der Realisierung modernster Anlagen der Windkraft. Mit minimalem Hardwareaufwand ist die komplette CMS-Funktionalität sowohl in neue als auch bestehende Steuerungen integrierbar. Das System » -Guard« ist ebenfalls als autonome Stand-Alone-CM-Lösung, beispielsweise für die Nachrüstung bestehender Windenergieanlagen, verfügbar.
