Condition Monitoring So lassen sich Schäden und Eis an Windenergieanlagen rechtzeitig detektieren

Kosteneffizienz, hohe Erträge und Anlagensicherheit sind die wichtigsten Faktoren beim Betrieb von Windenergieanlagen. Damit rückt auch die Zustandsüberwachung von Rotorblättern zunehmend in den Fokus. Sensorik von Weidmüller behält den Überblick.

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Blade Control setzt auf moderne Sensoren zur Eiserkennung und ermöglicht damit die Messung direkt am Rotorblatt.
Blade Control setzt auf moderne Sensoren zur Eiserkennung und ermöglicht damit die Messung direkt am Rotorblatt.
(Bild: Weidmüller)

Vor allem Rotorblätter sind einer Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgesetzt. Diese können vom Boden aus nicht sichtbare Blattschäden verursachen, wie beispielsweise Blattspitzenschäden durch Blitzeinschlag, Hinterkantenrisse, Stegablösungen oder Blattlagerschäden.

Weidmüller hat dafür die sensible Sensorik Blade Control entwickelt, die kontinuierlich den Zustand jedes einzelnen Rotorblattes erfasst und bereits kleine Veränderungen wahrnimmt. Rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr. Das Risiko teurer Reparaturen sinkt und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage steigt. Blade Control kann beispielsweise bei aktuellen 3-MW-Anlagen schwere Hinterkantenschäden erkennen – und das bereits mehr als ein Jahr, bevor sie sich zeigen. Bei noch schwerwiegenderen Schäden sendet das System ein Signal an die Anlagensteuerung, die daraufhin die Anlage sofort stoppen und einen Blattbruch verhindern kann.

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Permanente Überwachung ermöglicht einen schonenden Betrieb

Die Beschleunigungssensoren in jedem Rotorblatt erlauben genaue Messungen – hochsensibel, mehrdimensional und kompakt in einem Modul. Die Daten aus den Rotorblättern führt Blade Control in der Nabe zusammen und überträgt sie an die Gondel. Schäden werden erkannt, nach Schwere klassifiziert und die gewonnenen Informationen zur weiterführenden Analyse weitergeleitet. Parallel erfolgt die Übermittlung aller detektierten Schäden an das Weidmüller Monitoring Center. Dort werten Experten die Daten aus und stellen konkrete Handlungsempfehlungen für den Betreiber bereit.

Neben direkten Schäden am Rotorblatt erkennen die Sensoren auch aerodynamische Unwuchten, lose Teile in Blatt und Nabe sowie Pitch-Fehlstellungen. So lassen sich notwendige Reparaturmaßnahmen planen und hohe Folgekosten vermeiden. Die permanente Überwachung ermöglicht einen schonenden Betrieb und bildet die Basis für eine Ertragssteigerung sowie eine Laufzeitverlängerung.

Betreiber und Betriebsführer können sich jederzeit mit dem Online-Visualisierungstool Webvis über den Rotorblatt- und Anlagenzustand informieren. Eine intuitiv verständliche Ampellogik zeigt den Zustand jedes Rotorblattes an: grün für normale Funktion, gelb für leichte und rot für schwere Schäden. Gleiches gilt für die Eisdetektion: grün für eisfreien Zustand der Anlage, gelb für Eisansatz und rot für die Vereisung und somit den Anlagen-Stopp.

Blade Control ist durchgehend seit 2008 als Eisdetektor und seit 2013 auch als Rotorblattüberwachungssystem für Schadenserkennung an Rotorblättern zertifiziert.

Neue Sensoren zur Eisdetektion

Temperaturschwankungen, Kälte und Dunkelheit machen den Winter auf der einen Seite zur Hochsaison für die Stromversorgung. Auf der anderen Seite sorgen sinkende Temperaturen für längere Stillstandzeiten von Windkraftanlagen. Diese schalten automatisch ab, wenn Eissensoren auf der Gondel Vereisungsgefahr signalisieren.

Blade Control setzt im Gegensatz dazu auf moderne Sensoren zur Eiserkennung und ermöglicht damit die Messung direkt am Rotorblatt. Es misst den Grad der Vereisung mit einem einfachen physikalischen Prinzip: Der Eisansatz verändert durch sein zusätzliches Gewicht das Eigenschwingungsverhalten des Rotorblattes, dadurch verringert sich die Schwingungsfrequenz. Lösen sich Eisanhaftungen an Blattspitzen mit bis zu 250 km/h, können diese bis zu 400 m weit fliegen. Behörden verlangen daher eine Abschaltung der Anlagen ab einer Eisdicke von 1,5 bis 2 cm.

Durch eine hochsensible Sensorik und spezielle Auswertungsverfahren erreicht das System eine Messauflösung der Eisdicke im Millimeterbereich. So entsteht keine Gefahr für die Umgebung und kein Risiko, eine Vereisung nicht zu bemerken oder eine nicht vereiste Anlage unnötig außer Betrieb zu nehmen.

Blade Control erkennt nicht nur, wann Rotorblätter eine kritische Vereisung erreichen – sondern auch, wann die Gefahr vorüber ist. So kann die Windenergieanlage zu jeder Tages- und Nachtzeit automatisch wieder angefahren werden. Der automatische Wiederanlauf ist behördlich anerkannt und von DNV zertifiziert.

Einfacher und sicherer arbeiten mit neuem Sensor-Design

Weidmüller orientierte sich bei der Entwicklung der Sensorik für die Eisdetektion an vielfältigen Kundenbedürfnissen. So ermöglichen die Sensoren ein einfacheres und sichereres Arbeiten für die Service-Techniker. Das Arbeiten in beengten Blattbereichen entfällt, und es bleibt mehr Raum für Enteisungssysteme im Blattinneren. Vor allem in kalten Regionen verbessert die zuverlässige Eisdetektion in Kombination mit Blattheizungen die Wirtschaftlichkeit von Windparks signifikant.

Durch das neue Design setzt das Unternehmen aus Detmold konsequent auf Industriestandards, um flexibler und effizienter zu sein. Durch die Integration der Evaluation Communication Unit (ECU) in die Hub Measurement Unit kann, alternativ zur Funkverbindung, auch eine Einbindung über den Schleifring in die Gondel erfolgen.

Einfache Befestigungssysteme (Industriemagnete) sorgen darüber hinaus für eine einfache, schnelle Installation des Systems.

Die Umstellung auf DIN-Rail ermöglicht den einfachen Tausch von Komponenten, eine ebenfalls neue Heizung verbessert die Einsatzfähigkeit in kalten Klimazonen.

Grundsätzlich kommen überall Standardprodukte aus dem Weidmüller Produktportfolio zum Einsatz, die Tests in den firmeneigenen Laboren durchlaufen haben. Dadurch sind die Anlagen leicht skalierbar und offen für andere Condition-Monitoring-Systeme. Weidmüller zeigt damit seine Kernkompetenz im Bereich „Data to Value“ als Lösungsanbieter.

Das Tool eignet sich für Neuanlagen im On- und Offshore-Bereich, aber auch ältere Anlagen lassen sich problemlos für Eisdetektion und Condition Monitoring nachrüsten. Rund 4.300 Systeme haben die Detmolder bereits installiert und verfügen damit über rund 16.000 Betriebsjahre Erfahrung.

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