Intelligente Zustandsüberwachung von Windenergieanlagen
Im Rahmen des Projekts CMSWIND(öffnet in neuem Fenster) (Advanced condition monitoring system for the assessment of wind turbines rotating parts) befassten sich die Forscher mit der Frage, ob sich drei neue Techniken für die Zustandsüberwachung im laufenden Betrieb von Windkraftanlagen miteinander kombinieren lassen. Analysen von Vibration, Stromsignatur des Motors und Schallemission wurden entwickelt, um den Zustand des Getriebes, der Rotationskomponenten bzw. des Generators zu überwachen. Diese Komponenten zusammen sind Schätzungen zufolge für etwa 22% der Ausfallzeiten von Windturbinen verantwortlich. Für die Validierung wurde der entwickelte Prototyp auf einem Vesta V90-3.0 MW im Windenergiekraftwerk Bandirma in der Türkei installiert, wo das neue Überwachungssystem sechs Monate lang getestet wurde. Die in dieser Zeit gesammelten Daten wurden nach Leistung und Motorgeschwindigkeit gruppiert und gespeichert. Nach Abschluss der Datenverarbeitung kam man zu dem Schluss, dass der Zustand der Windturbinenkomponenten durch den Betrieb des CMSWIND-Systems nicht beeinträchtigt wurde. Außerdem konnte der Betreiber im gleichen Zeitraum keine Störungen oder Ausfälle feststellen. Daraufhin wurde ein Baseline-Referenzwert des einwandfreien Zustands der Windturbine für den Prototyp festgelegt. Die aus den neuen Messungen extrahierten Parameter, wie etwa der Effektivwert aller Wellenformen, werden mit dem Referenzwert verglichen. Wenn die Parameter über festgelegte Grenzwerte steigen, wird eine Warnung generiert. Ab einer bestimmten Anzahl von Warnungen wird mit einer Meldung vor möglichen Schäden an der Windturbine gewarnt. Das CMSWIND-System erkennt mithilfe einer Baseline Abweichungen vom fehlerfreien Zustand und ermittelt die Wahrscheinlichkeit, dass diese Abweichungen einen Fehler darstellen. Das eingebaute Alarmsystem informiert die Maschinenbediener über mögliche Schäden an den Windturbinenkomponenten, sobald diese auftreten. Parallel zur Entwicklung des neuen Zustandsüberwachungssystems untersuchten die Forscher auch dessen Vermarktungspotenzial. Sie führten eine umfassende Analyse der Lebenszykluskosten von Windenergieanlagen aus und berücksichtigten dabei Betriebs- und Wartungskosten sowie die Auswirkungen des Ausfalls von Komponenten auf die Leistung der ganzen Anlage. Durch die Früherkennung von Defekten an Windturbinenkomponenten kann das CMSWIND-System dabei helfen, den Wartungsplan zu optimieren. Unnötige Wartungen und Ausfallzeiten von Windenergieanlagen können sogar ganz vermieden werden, was die Kosten für den erzeugten Strom senken würde.
