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Samstag, 17. Februar 2018

Sicherheitstechnik

Windindustrie offenbart bei Fehlersuche Uneinigkeit

Von Iestyn Hartbrich | 17. Februar 2012 | Ausgabe 7

Blitzschlag, UV-Strahlung, Eisbefall: Windenergieanlagen sind einer Vielzahl von schädigenden Umwelteinflüssen ausgesetzt. Und auch Herstellungsfehler sind in der schnell wachsenden Branche nicht auszuschließen. Wie vorhandene Schäden festzustellen sind, darüber sind die Betreiber uneins. Während einige nur die vorgeschriebenen turnusmäßigen Kontrollen durchführen, setzen andere – vor allem offshore – auf Online-Zustandsüberwachung der Rotorblätter.

Wir machen keine Fehler! Diesen Satz hört Anne Jüngert immer wieder, wenn sie mit Herstellern von Windenergieanlagen spricht. "Kommt es zu einem Schadensfall, stellen die Gutachter dann doch häufig Produktionsmängel fest", merkte sie an. Die technischen Mittel für eine Untersuchung bereitzustellen gehört zu Jüngerts Aufgaben. Die wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung und Überwachungstechnik an der Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart erforscht Ultraschallechotechnologien für die Detektion von Fehlern und Defekten in Rotorblättern.

Insbesondere die Verklebung der beiden Steghälften kann mit Ultraschallechotechnik untersucht werden, sagte Jüngert gegenüber den VDI nachrichten. Der Verbund werde überprüft, indem die verklebten Flächen auf Lufteinschlüsse und Ablösungen hin untersucht werden. Dazu sende ein Ultraschallgeber einen 250 V starken Ultraschallpuls in das Blatt. An der Blattrückseite und an Medienübergängen – etwa Lufteinschlüssen – werde das Signal reflektiert. Sein Echo gebe Aufschluss über Mängel in der Klebverbindung. Bis zu 70 mm dicke Schichten untersuche das Verfahren zuverlässig.

Gutachter könnten die Technik im Rahmen turnusmäßiger Kontrollen von Windenergieanlagen einsetzen – durchschnittlich alle zwei Jahre finden Prüfungen statt. Bislang werde allerdings in vielen Fällen nur eine visuelle Inspektion durchgeführt. "Das ist heikel, denn ein von außen sichtbarer Schaden ist in der Regel bereits sehr groß", kritisierte die Expertin für Ultraschalltechnik. Die Belastungen in der Windenergiebranche stufte sie als enorm ein: "Es wird von 1 Mrd. Lastwechseln gesprochen."

Manche Betreiber mögen sich deshalb nicht auf die gesetzlich vorgeschriebenen Kontrollen verlassen und sichern die Anlagen zusätzlich – durch Online-Zustandsüberwachung. "Während auch onshore einige problematische Blatttypen existieren, spielt die Zustandsüberwachung vor allem offshore eine Rolle", sagte John Reimers, Vertriebsleiter Bosch Rexroth Monitoring Systems, Dresden, gegenüber den VDI nachrichten. Er sieht den Einsatz von Zustandsüberwachung – dem Condition Monitoring – vor allem durch die wachsenden Dimensionen moderner Windenergieanlagen als unverzichtbar.

Wirkprinzip der Überwachungstechnik von Bosch Rexroth sei die Eigenfrequenzanalyse. "Wir betrachten das Rotorblatt als elastischen Körper, der bei Anregung durch den Wind in seinen Eigenfrequenzen schwingt", erläuterte Reimers. Ein Beschleunigungssensor messe zwei Eigenfrequenzen: eine in Schwenk- und die andere in Schlagrichtung des Rotorblattes.

Das Verfahren bilde dabei kleine Schäden – etwa Impact-Schäden an der aerodynamischen Hülle – im hohen Frequenzbereich ab. Schwerwiegende Schäden der Blattstruktur hingegen seien im niedrigen Frequenzbereich abzulesen. "Anhand der Messergebnisse können wir deshalb bei einer Sampling-Rate von 1 kHz annähernd in Echtzeit Aussagen darüber treffen, ob die Sicherheit der Anlage gefährdet ist", betonte der Messtechnikexperte. Im Falle eines strukturellen Schadens könne die Anlage auf diese Weise frühzeitig abgeschaltet werden.

Ein weiterer Vorteil in seinen Augen: Die Betreiber gewinnen an Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen. "Die Zeit, in der man zur Anlage gelangen kann, ist nicht nur durch die Jahreszeit und das Wetter begrenzt, sondern etwa auch durch Wellengang", verdeutlichte Reimers.

Zwar könne Condition Monitoring die regulären Kontrollen nicht vollständig ersetzen. Es liefere aber in jedem Fall wertvolle Informationen. Denn wenn die Betreiber die Anlage im Wartungsintervall inspizieren, "sollten sie schon wissen, was sie erwartet". Zudem liefere die Zustandsüberwachung des Rotorblattes eine Chronologie des Schadens – das ist insbesondere in Versicherungsfällen hilfreich.

Auch die Eisdetektion lässt sich laut Bosch Rexroth mithilfe der Eigenfrequenzanalyse durchführen, wobei die Hardware identisch zu der des Condition Monitoring ist. Dabei führe das zusätzliche Gewicht des Eises am Rotorblatt zu Verschiebungen der Eigenfrequenzen. Das Verfahren registriere bereits Eismassen von rund 0,05 % des Blattgewichts.

"Wir sind die Einzigen, die auf den Blättern messen, zudem messen wir auch im Stillstand. Sobald das Eis verschwunden ist, wird die Anlage wieder hochgefahren", berichtete Reimers den VDI nachrichten. Bislang dienen nach Firmenangaben sogar die Hälfte der Hardwareinstallationen ausschließlich der Eisdetektion – ein Teilerfolg für das Unternehmen.

Denn Condition Monitoring hat sich in den Augen von Reimers bislang nicht flächendeckend durchgesetzt. "Der Anteil der mit Zustandsüberwachung ausgerüsteten Anlagen an der Gesamtzahl der Neuinstallationen ist noch gering. Gefährliche Blattschäden scheinen im Moment nicht in bedrohlicher Zahl aufzutreten", sagte der Messtechnikexperte. Mit künftig weiter steigenden Blattlängen sieht er jedoch höhere Kosten im Falle eines Stillstands der Anlage – und damit auch verstärkt Potenziale für Condition Monitoring.

Gegenwärtig ist das Spektrum der Prüfkonzepte in der Windindustrie breit – doch nicht allen gefällt das. "Das Ziel sollte sein, mit möglichst wenig Messungen möglichst viele Defekte festzustellen", sagte Jüngert. Sie denkt über eine Grundlagenforschung für die Windindustrie nach.

Auf deren Basis könnte dann ein Katalog erstellt werden, der allen Beteiligten zugute kommt. Und der Antworten auf die Frage liefert, welcher Fehler mit welchem Messverfahren festgestellt werden kann. "Das ist die Voraussetzung für ein sinnvolles und effektives Prüfkonzept", betonte die Expertin für Ultraschalltechnik.

Zuvor müssten aber Hersteller, Versicherer und Betreiber an einem Strang ziehen. Jüngert appellierte: "Wichtig ist, dass alle Beteiligten ehrlich sagen, welche Schädigungen tatsächlich auftreten." IESTYN HARTBRICH

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