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Einführung in die Vorausschauende Wartung am Beispiel Windkraft

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Einführung in die Vorausschauende Wartung am Beispiel Windkraft

05.04.13  13:00 | Artikel: 955367 | News-Artikel (Red)

Einführung in die Vorausschauende Wartung am Beispiel Windkraft
Thorsten Zoerner,
Autor und Betreiber von
blog.stromhaltig.de
Es existieren grob gesagt drei verschiedene Strategien, mit denen die Wartungsarbeiten von Industrieanlagen terminiert werden können.
  1. Man führt die Instandhaltung durch, sobald ein Defekt erkennbar ist (Beispiel: Gebäude).
  2. Man führt Wartungen in regelmäßigen, festen Abständen durch (Autos, Flugzeuge, Maschinen…).
  3. Oder man versucht den Zeitpunkt der Wartung strategisch zum idealen Zeitpunkt durchzuführen (=Vorausschauende Wartung/Predictive Maintenance).

Gerade bei Windkraftanlagen bietet sich die 3. Variante an, da sie die Vorteile der beiden anderen beiden Strategien vereint. Zum einen eine schnelle Reaktion auf Störungen (=Früherkennung) zum anderen eine Betriebssicherheit.

Generell kann man sagen, dass alle drehenden Teile durch die Wirkung der verschiedenen Kräfte nicht frei von Wartungen sind. Bei einem konventionellen Kraftwerk führt das Personal daher regelmäßig Kontrollgänge zur Sichtprüfiung durch. Windräder werden allerdings ferngesteuert. Eine Kontrollfahrt zur Sichtkontrolle erfolgt nicht. Der Betreiber eines Windparks sieht meist nur das Ergebnis von Sensordaten in einem Kontrollzentrum/Leitstand.

Wie komplex die richtige Interpretation von Daten und daraus folgende Aktion ist, kann man am Beispiel der Apollo 13 Mission erkennen (Wikipedia). Nach dem bekannten “Houston we’ve had a problem” begann die Zeit der Mathematiker im NASA Headquarter, die versuchten aus Sensordaten einen Zustand des Servicemoduls zu erkennen und eine sichere Heimkehr zur Erde sicherzustellen.
wmep_250.png~~~WMEP - Sammlung von Erfahrungen

WMEP: Sammlung von Erfahrungen
Ganz so dramatisch ist der Betrieb eines Windparks nicht. Dennoch soll es zu keinen Störungen kommen und der Ertrag sichergestellt werden. Der wichtigste Baustein ist Erfahrung. Seit dem Jahre 2009 wird für Onshore – ab 2011 auch für Offshore durch das Fraunhofer Institut die WMEP Datenbank gepflegt. Darin enthalten sind die Störungsberichte der teilnehmenden Betreiber. Für Wartungsarbeiten wird in den Berichten festgehalten, was die Ursache einer Störung war (=Root Cause). Windrisk aus Kanada hat sich zusätzlich auf die Suche nach Parametern gemacht, aus denen man eine Störung im Vorfeld erkennen kann. Nur selten sind Parameter dabei einzelne Fehler – häufig ist es die Folge von Materialermüdung, die durch eine Zustandsüberwachung (=Condition Monitoring) ermittelt werden können. In Anlehnung an die Wartung von Autos (Ölwechsel) kann das Vorgehen bei einer vorausschauenden Wartung hegeleitet werden.

Der Ölwechsel bei Autos wird nach Vorgabe der Händler in festen Intervallen durchgeführt. Würde man den Ölwechsel nicht durchführen, dann geht die Qualität – und damit die Schmiereigenschaften und die Kühleffekte (Wärmetransport) - zurück. Die entstehende Störung könnte ein “Kolbenfresser” und letztendlich ein Motor/Getriebeschaden sein. Zur Behebung ist das Getriebe und der Motor auszutauschen, was einen langen Ausfall des Autos zur Folge hat. Notwendig ist der Ölwechsel aber eigentlich erst, wenn der Zustand des Öls tatsächlich sich verschlechtert hat, dies ist vom Fahrstil, dem Nutzungsprofil, der Umgebungstemperatur und einigen weiteren Faktoren abhängig. Beim Auto macht eine Protokollierung all dieser Parameter keinen wirtschaftlichen Sinn.

In der Gondel einer Windkraftanlage existiert die sogenannte Gear-Box (Getriebe), die ebenfalls durch Öl geschmiert (und gekühlt) wird. Wartungshandbücher von Gear-Boxen sehen daher ebenfalls einen regelmäßigen Ölwechsel vor. Die Qualität des Öls wird beeinflusst durch die Belastung (Windmenge) und die Sauberkeit beim letzten Wechsel. Letzteres kann nicht gemessen werden, allerdings die Windmenge und die mechanischen Belastungen. Selbst die Temperaturschwankungen, die ursächlich für eine Kondensation und damit einer Verschlechterung des Öls sind, kann protokolliert und ausgewertet werden. Das Ergebnis ist eine Prognose über den aktuellen Zustand des Schmiermittels – ohne es direkt gemessen zu haben.

Die vorausschauende Wartung setzt sich aus zwei Schritten zusammen, die von anderen IT gestützten Analysen ebenfalls vorgenommen werden. Im ersten Schritt wird eine kontinuierliche Überwachung sämtlicher relevanter Parameter gewährleistet. Schnell kommt man dabei in den Bereich von Big-Data, da allein die Vibrationsmessung über 40 Datenwerte je Mast bedeuten kann. Der nächste Schritt ist die eigentliche Analyse zur Erstellung einer Betriebsintelligenz. Im Gegensatz zu den Massendaten sind dies einfach verständliche (logische) Regeln. Bei Apollo 13 gab es eine Regel für die Zündung des Landetriebwerks bei der Mondumrundung und für den Zeitpunkt der Abschaltung der Systeme im Kommandomodul. Bei einem Windrad beinhalten die Regeln meist eine Prognose für bestimmte Wind- und Anstellwinkel-Szenarien.

Einen besonderen Wert erhält Predictive Maintenance, wenn die Kosten für die Wartung mit dem zu erwartenden Ertrag in Verbindung gebracht werden kann. So könnte der sofortige Ölwechsel nützlich sein, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Starkwindes mit gleichzeitig hohen Strompreisen zu erwarten ist. Liegt der Strompreis allerdings zu nieder, dann könnte ein späterer Ölwechsel mehr Sinn ergeben, da der Mast im Halblastbetrieb rentabler ist.

Bei dieser Einführung in die Wartungsstrategie wurde sehr vereinfacht der Betrieb von Windkraft-Anlagen betrachtet. Auch für PV-Anlagen existieren Wartungsverträge, die gerade an Beliebtheit zunehmen (s. auch Betrieb und Wartung von PV-Kraftwerken: Ein neuer Hype? von Björn-Lars Kuhn). Vor Auswahl eines Dienstleisters sollte im Hinblick auf die aktuellen Trends bei der Predictive Maintenance immer die Frage stehen: Wie wird der Zustand gemessen/protokolliert? Welche Regeln verwendet der Dienstleister? – Schließlich will man bei (relativ) wartungsarmen PV-Anlagen keine unnötigen Anfahrten eines Servicetechnikers zahlen – eine 100% Betriebssicherheit aber auch nicht gefährden.




Autor: Thorsten Zoerner

blog.stromhaltig.de

Thorsten Zoerner betreibt den Blog stromhaltig.de. Einen Großteil seiner Fachartikel veröffentlichen wir regelmäßig auch hier auf unserer Seite. Thorsten Zoerner ist Gründungsmitglied der Energieblogger.



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Technik | erneuerbare Energien | TopFachTipps | WEA

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Wartungsarbeiten | WEA (5) | Windkraft (80) | Industrieanlagen | Kraftwerk (120) | WMEP




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