Betriebs- und Instandhaltungskosten bei Offshore-Windkraftanlagen senken
Offshore-Windkraft stellt eine schnell wachsende erneuerbare Energiequelle dar. Im Jahr 2021 betrug in der EU die installierte Offshore-Windkapazität 14,6 GW. Diese Zahl wird sich bis 2030 mindestens um das 25-fache erhöhen. Ihr Einsatz nimmt daher eine Schlüsselrolle bei der Verwirklichung der langfristigen Klima- und Energieziele der Europäischen Union ein. Der Betrieb und die Wartung von Offshore-Windkraftanlagen ist allerdings ein anspruchsvoller und kostspieliger Prozess. Dies ist einerseits auf die Umweltbedingungen zurückzuführen, die sehr starke Korrosion verursachen, andererseits auf den nicht vorhandenen einfachen Zugang zu diesen Turbinen. „Das EU-finanzierte Projekt WATEREYE hat sich zum Ziel gesetzt, die Kosten für Betrieb und Wartung zu senken, indem eine integrierte Lösung ausgearbeitet wird, mit der die Betreiber von Windparks den künftigen Wartungsbedarf in Echtzeit und unbeaufsichtigt genau vorhersagen können“, erklärt Projektkoordinatorin Ainhoa Cortés.
Ein genauerer Blick auf das WATEREYE-Überwachungssystem
„Unser Ziel war es, ein intelligentes Korrosionsüberwachungssystem zu entwerfen, das zwei grundlegende Bereiche abdeckt: den Spritzwasserbereich und den atmosphärischen Bereich einer Offshore-Windkraftanlage“, so Cortés. Die Idee, die hinter dem System steckt, ist es, vor allem die Korrosion der Außenseite der Windturbinenstruktur von der Innenfläche aus zu überwachen. „Um große Strukturen abzudecken, wurde eine in eine Drohne integrierte mobile Plattform vorgeschlagen. Dabei wird ein intelligentes Ultraschallsystem in die Drohne eingebaut, das eine große Anzahl kritischer Punkte pro Jahr misst“, fügt Cortés an. Bei der Spritzwasserzone ist es jedoch anders, da es sich um einen begrenzten Bereich handelt, der mit einer Drohne nicht zugänglich ist. Zu ihrer Überwachung wurde eine Matrix aus intelligenten Sensoren verwendet, die an den kritischsten Punkten angebracht wurden. „Dadurch misst die WATEREYE-Lösung die Wanddicke und setzt den Dickenverlust mit dem Korrosionsniveau in Beziehung“, erläutert Cortés. Die Ultraschalldaten werden drahtlos an die Basisstation im Inneren der Windkraftanlage gesendet. „Wir haben Algorithmen, Modelle und Softwareinstrumente entwickelt, um die erhobenen Daten für mehrere Aufgaben zu verarbeiten“, fügt Cortés hinzu.
Derzeitige Grenzen der Effizienz bei Betrieb und Instandhaltung überwinden
Die WATEREYE-Lösung wurde in einer realen Umgebung auf der Offshore-Plattform von PLOCAN getestet, auf der ihre Funktionalität erfolgreich validiert wurde. „Es ging hauptsächlich um das physische System: Ultraschallmessungen und Korrosionserkennung, Drohnenpositionierung und drahtlose Kommunikation“, berichtet Cortés. Die Projektergebnisse haben verdeutlicht, dass mit der Überwachungslösung die Korrosion großer Strukturen mit hoher Genauigkeit durch ein kostengünstiges, leichtes und stromsparendes Überwachungssystem erkannt wird. „Wir haben einen hochpräzisen, unbeaufsichtigten, reaktionsschnellen und nichtinvasiven intelligenten Ultraschallsensor entwickelt und das Überwachungssystem so charakterisiert, dass es hinsichtlich der Korrosionsart und der Zieldicke ausreichend flexibel ist“, betont Cortés. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem die Kalibrierungsmethoden und die Kommunikationsprotokolle der Hochfrequenztechnologien erfolgreich verbessert, um die Messungen drahtlos und mit hoher Zuverlässigkeit innerhalb eines aus Metall bestehenden Offshore-Turms zu übertragen. „Wir haben zudem eine präzise Drohnenpositionierung innerhalb der Windturbine erreicht und mathematische Modelle erstellt, um die Korrosionsverschlechterungsrate zu erkennen sowie Art der Verschlechterung und Versagensmechanismen vorherzusagen, denen eine bestimmte Kombination aus Beschichtung und Stahlwerkstoff in einer bestimmten Umgebung ausgesetzt ist“, bemerkt Cortés. Der nächste Schritt wäre, „die Lochfraßkorrosion eingehend zu analysieren, dazu streben wir an, die entwickelte Ultraschalllösung zu verbessern, um die Größe des Lochs zu quantifizieren“, schließt Cortés.
Schlüsselbegriffe
WATEREYE, Korrosion, Überwachungssystem, Offshore-Windkraftanlagen, Betrieb und Wartung, Ultraschallsystem
