Neue Überwachungstechnologie reduziert Windenergiekosten
Das Ziel der EU, bis 2020 20 % der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen zu bestreiten, erfordert 119 000 bis 165 000 neue Windkraftanlagen. Die heute laufenden Anlagen erreichen ihre Lebensdauer von 20 Jahren nicht. Deshalb sind die Betriebs- und die Wartungskosten während dieser 20 Jahre unerschwinglich hoch. Das Projekt MONITUR (Reduction in maintenance costs of wind turbine renewable electricity generation through online condition monitoring) hat nun die Zustandsüberwachungstechnik einer Verbesserung unterzogen, um zu gewährleisten, dass die europäischen Windkraftanlagen den Anforderungen gerecht werden. Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf neue Zeit-Frequenz-Analysen und Algorithmen für rotierende Maschinen, die sich von den klassischen Ansätzen unterscheiden, die auf stationäre Signale angewendet werden. Diese neuartige Methodologie gestattet eine genauere Prognose der Bauteilelebensdauer auf Grundlage von experimentellen Messungen und weniger von Berechnungen, wodurch die Wartungskosten dramatisch reduziert werden können. MONITUR-Technologie nutzt einen eingebauten dreiachsigen Beschleunigungsmesser am Lagerbock einer langsam drehenden Welle (Abtriebswelle) einer Windkraftanlage. Der Beschleunigungsmesser erfasst Schwingungen in drei Richtungen (vertikal, horizontal und axial). Schwingungen und Wellendrehzahldaten werden zum Zweck der Diagnoseanalyse kontinuierlich verarbeitet. Um das MONITUR-Konzept Realität werden zu lassen, setzten die Forscher radikal neue Methoden ein. Die Materialermüdungsanalyse rotierender Teile basiert auf der Messung von Windturbinenschwingungen und Turbinenwellendrehzahl sowie auf einer Reihe von neuartigen Signalverarbeitungsverfahren. Diese Algorithmen erkennen Resonanzfrequenzen drehender Teile während des transienten Betriebs. Die Diagnose erfolgt in einem frühen Ermüdungszustand mit wenigen Fehlalarmen und versäumten Erkennungen. Ein neu entwickeltes Verfahren zur Berechnung von Spannungen an Rotorblättern von Windkraftanlagen, die durch die schwingende rotierende Welle verursacht werden, ermöglicht eine Echtzeitprognose zukünftiger Materialermüdungschäden und die vorbeugende Instandhaltung. Eine Technik zur Schätzung der Schwingung an rotierenden Einheiten in mehreren Modi, die durch Wellenschwingungen angeregt werden, gestatten eine Identifizierung der zugrunde liegenden Ursachen von Materialermüdungschäden. Konstruktionsfehler, Materialmängel oder Fehler bei der Installation können einige der möglichen Ursachen für hohe Schwingungsamplituden sein. Der Ausrüstungs- und Dienstleistungssektor im Zusammenhang mit Windenergie wird weitestgehend von großen Unternehmen dominiert. Die Fortschritte im Rahmen von MONITUR bieten nun kleinen und mittleren Unternehmen die Chance, erhebliche Fortschritte bei genau umschriebenen Problemen mit derartiger Online-Überwachungstechnologie für Windkraftanlagen zu erzielen.
Schlüsselbegriffe
Überwachungstechnologie, Windkraftanlagen, Windturbinen, proaktive Wartung, Stromerzeugung, MONITUR
