Zu diesem Thema stellte etwa die Firma Bosch Rexroth ihr Bladecontrol-Überwachungssystem im Rahmen der Veranstaltung Profi[t] am Wind der Firma Bachmann im September in Hannover vor. Das System überwacht die drei Rotorblätter einer Windkraftanlage kontinuierlich. Schäden durch Blitzeinschlag sowie Vereisungen, dynamische Überlasten und temporäre Rotorunwuchten sollen damit laut Referent John Reimers unverzüglich erkannt werden: „Derzeit befinden sich über 500 Systeme im Monitoring.“ Bei strukturellen Blattschäden schaltet das System die Anlage automatisch ab. Sind die Rotorblätter vereist, wird die Anlage ebenfalls angehalten und ein automatischer Neustart ausgelöst, sobald die Vereisungen zurückgegangen sind. Hierzu werden die Schwingungen der Rotorblätter und die Spektren ihrer Schwingungsfrequenz durch piezo-elektrische Beschleunigungssensoren direkt am Rotorblatt kontrolliert. Dies ist nach Firmenangaben auch bei Stillstand der Rotorblätter möglich, solange nur etwas Wind weht.
In einer Recheneinheit, die sich in der Nabe befindet, werden die gemessenen Werte mit vorgegebenen Mustern abgeglichen und ein Referenzvergleich ausgeführt. Hier geschieht auch die Analog-digital-Wandlung der Sensorsignale. Diese werden per W-Lan von der Nabe in die Gondel und von da weiter über ein Lan-Kabel in den Turmfuß übertragen. Hier ermittelt wiederum die EDV die jeweiligen Zustände der Rotorblätter. Sie vergleicht die gemessenen Ist-Spektren mit den hinterlegten Spektren für verschiedene bekannte Normal- und Störungs-Zustände. Mittels einer Zeitsignalanalyse kann die Blattrotation genau analysiert werden. Dadurch können Störungen, die von außen auf das Rotorblatt einwirken, ebenfalls detektiert werden. So ist es möglich, Messdaten eindeutig zuzuordnen, wenn ein loses Teil an den Steg schlägt, ein Pitchdämpfer ausgeschlagen ist oder das Gestänge einer Blattspitzenbremse lose ist.
Bladecontrol kann an älteren Anlagen nachgerüstet werden. Die Sensoren müssen dann an der jeweils am besten geeigneten Stelle des Rotorblattes aufgeklebt und das System für jedes Rotorblatt kalibriert werden. Kostenabhängig können verschiedene Funktionen von Bladecontrol für die Nachrüstung ausgewählt werden. So kann die Schadenserkennung mit oder ohne automatische Intervention durch das System erfolgen. Außerdem kann eine detaillierte Schadensüberwachung und -suche inklusive Schadensanalyse durch das firmeneigene Überwachungszentrum erfolgen.
Als weiteres System zum Condition Monitoring stellte Christoph Lucks von der Firma Windcomp das dort entwickelte Gondellasersystem zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern vor. Es kann ebenfalls in die Erstausstattung integriert oder später nachgerüstet werden. Das System misst die charakteristische Auslenkung des Rotorblattes, bewertet den Blattzustand im Hinblick auf Alterung und Schädigung und bestimmt die Profilkontur zur Bestimmung der Rotorgeometrie. Außerdem werden die Blattlänge und die charakteristische Auslenkung zur Eiserkennung überwacht. Es müssen keine Sensoren auf die Blätter aufgebracht oder auf dem Gondeldach montiert werden.
Dagegen stellte Mathias Müller von der Firma Fos4x das Messsystem Fos4blade vor, mit dem faseroptisch die dynamischen Lastwechselvorgänge an den Rotorblättern gemessen werden können. Dabei werden Dehnungen in der Blattwurzel sowie Beschleunigungen im Blattschwerpunkt verzeichnet. Mit den für das Monitoring relevanten Daten werden Information errechnet, anhand derer die Anlage justiert und gesteuert werden kann.
Wie der Bundesverband Windenergie mitteilt, ist das Condition Monitoring für Rotorblätter noch nicht so weit ausgereift wie etwa für Getriebe, Umrichter oder Generatoren. Tatsächlich können CMS an Rotorblättern lediglich für die Detektion von Eisansatz eingesetzt werden. Dies geschieht vor allem dort, wo ein entsprechendes CMS von den Genehmigungsbehörden verlangt wird. Die Überwachung mittels Eigenfrequenz sei äußerst schwierig durchzuführen beziehungsweise werde an der Laserüberwachung innerhalb des Blattes immer noch geforscht: „Alle derzeit am Markt befindlichen Systeme können die manuelle Kontrolle im Rahmen einer wiederkehrenden Prüfung durch einen Sachverständigen nicht ersetzen“, urteilt Wolf Stötzel, Fachreferent Technik beim Bundesverband Windenergie, Berlin.
Grundsätzlich sei jede am Markt bekannte Anlage mit einem CMS der heutigen Generation nachrüstbar. Da jedoch die heutigen Windenergieanlagen viel größere Energiemengen bereitstellen als die früheren, ist auch ein kontinuierlicher Betrieb umso relevanter für die Energieversorgung. Schon ein Ausfall von einigen Stunden resultiert in einer erheblichen Ertragsminderung, die im Megawattstundenbereich liegen kann. Die Überwachung der einzelnen Komponenten wird daher umso wichtiger. Nachdem onshore Reparaturen jedoch noch vergleichsweise unkompliziert durchführbar sind, ist dies offshore erheblich schwieriger. Hier werden CMS-Systeme also deutlich schneller Einzug halten als onshore.
(Christoph Bayer)
