Regelmäßige Wartung und Instandhaltung im Rahmen fester Serviceverträge ist mittlerweile ein lukrativer Geschäftszweig der Windenergieanlangenhersteller geworden. Kalkulierbar sind diese Servicepakete aber erst, seit auch die nötigen Kennzahlen über den Zustand einer Anlage verfügbar sind - sei es nun online in Echtzeit oder offline. Neben den Wettervorhersagesystemen sind die Condition Monitoring Systeme (CMS) als Zustandsüberwachung die beste Prophylaxe gegen den Ausfall umfangreicher Investitionen. In den letzten Jahren hat sich der Fokus vom bloßen Erfüllen der Versicherungsbedingungen erweitert. Außer der Erhöhung der Verfügbarkeit und dem Vermeiden von Folgeschäden bietet ein CMS noch andere Vorteile wie beispielsweise den Zugewinn an Planbarkeit von Instandhaltungsmaßnahmen. Denn ohne das Wissen über den Zustand aller Anlagen in seiner Verantwortlichkeit wird der Hersteller den neuen Serviceanspruch kaum wirtschaftlich leisten können.
Was soll das CMS können?
Wesentliche Anforderungen an ein CM-System sind zuallererst das frühzeitige Erkennen von Schäden an den überwachten Komponenten sowie das Vermeiden von eventuellen Folgeschäden. Präziser ist dies die Möglichkeit einer klaren Schadenszuordnung anhand der bauteiltypischen Frequenzen. Daraus folgt dann für den Wartungsanbieter eine geziele Planbarkeit der Wartungseinsätze sowie die Möglichkeit einer zustandsorientierten Instandhaltung statt des turnusmäßigen Austauschs wie es zunächst die Versicherungen in der Revisionsklausel vorsahen. Die positiven Folgen sind das Reduzieren von unplanmäßigen Stillstandszeiten was direkt zum Erhöhen der Verfügbarkeit der WEA und zur Reduktion der Instandhaltungskosten beiträgt.
Worum geht es?
Zunächst geht es um das Messen und Erfassen von Schwingungen und Körperschall und Temperaturen an und in allen wesentlichen Bauteilen, hier ist natürlich der Antriebsstrang sowie der Turm wichtig aber zunehemend auch die Rotorblätter. Getriebe, Generator und Hauptlager sind fast immer Ursache von Schadensfällen. Das Erfassen der Daten wird daher sein Augenmerk auf den Triebstang legen und diese Daten in eine Relation zu den anderen Kenndaten wie Drehzahl und Leistung setzen. In einer Metaebene müssen die erfassten Daten in gegen Muster geprüft werden, um eventuell eine Alarmmeldung auszulösen. Und das Übertragen dieser Daten bzw. des Alarms wäre dann der dritte Bereich hinter dem Messen/Erfassen und dem Bewerten der Daten anhand von Grenzwerten. Die Intelligenz eines System liegt daher auch darin, aus dem "Grundrauschen" der Signale die wesentlichen Signalanteile herauszufiltern, die bauteilbedingte Fehler kennzeichnen. Denn der dritte Bereich der Datenübertragung sollte nur diejenigen Daten enthalten, die für Wartung, Inspektion, Instandsetzung bzw. Verbesserung relevant sind, sodass sowohl eine schadensorientierte wie auch eine zustandorientierte Instandhaltung von außen planbar ist. Die vorbeugende Instandhaltung erfüllt die turnusmäßigen Anforderungen der Versicherer nicht mit dem Austauschen sondern mit dem zeitorientierten Ansatz, mittels CMS Trends in den Daten abzulesen und rechtzeitig darauf zu reagieren. Die Intervalle der Datenmessung und- übertragung hängen hierbei von den einzelnen Bauteilen und deren Beanspruchung ab. Das hat zur Folge, dass heutzutage oft eine Kombination der zeit- wie der zustandsorientierten Instandhaltung gefahren wird, der ohne CMS gar nicht umsetzbar wäre.
Der Germanische Lloyd Wind hat 2003 in einer ersten "Richtlinie für die Zertifizierung von Condition Monitoring Systemen für Windenergieanlagen“ die Anforderungen präzisiert. Auszugsweise werden hier einige Punkte vorgestellt:
Es sind mindestens Hauptlager, Hauptgetriebe, Turmschwingungen mittels CMS zu überwachen.
Es sind relevante Betriebsparameter (z. B. Drehzahl, Leistung, Temperaturen) aufzunehmen.
Es sind die zustandsbedingten von den normalen betriebsbedingten Messwerten zu trennen.
Bei der Datenmittelung ist darauf zu achten, dass aussagekräftige Daten für die Interpretation nicht verloren gehen.
Grenzwertüberschreitungen sind vom CMS automatisch und unmittelbar mit Vor- und Hauptalarm an die Überwachungsstelle zu übermitteln.
Für eine aussagefähige Trendanalyse werden mindestens die Messdaten von einem Jahr benötigt.
Berechnete Kennwerte und Spektren sind unabhängig von einer Grenzwertüberschreitung zu speichern. Es ist eine dauerhafte Speicherung einer Mindestanzahl von Datensätzen vorzusehen. Hierfür ist ein geeignetes Speicherkonzept vorzusehen.
Für die Diagnose sind geeignete Hilfsmittel bereitzustellen, die auch einen Fernzugriff auf die Messdaten ermöglichen sowie eine Menüführung zum Ort der Grenzwertüberschreitung anbieten und Unterstützung bei der Zuordnung der Schadensfrequenzen liefern.
Es muss ein Einsatz des CMS auch unter extremen Umgebungsbedingungen (z. B. Offshore) möglich sein.
Weiterführende Quellen hier und hier:
T. Gellermann: Anforderungen an Condition Monitoring Systeme für Windenergieanlagen. Allianz Report 2004. ISSN 0943-4569
oder beim Seminar Technische Betriebsführung im Haus der Technik in Essen am 23. und 24.11.2011 siehe hier. (jw)
