Effizientere Windenergie mit Zustandsüberwachung von SKF
RWE setzt an allen Windturbinen Zustandsüberwachung ein. Die Zielsetzung des Energieversorgungskonzerns ist, Betrieb und Wartung der Anlagen komplett im eigenen Unternehmen auszuführen.
Windenergie verzeichnet einen deutlichen Anstieg und ist ein zunehmend wichtiger Teil des Energiemixes. So erzeugte Großbritannien im ersten Quartal 2023 erstmalig mehr Strom mit Windparks als mit Gaskraftwerken.
Der Ausbau der Windkraft ist jedoch davon abhängig, dass Windturbinen reibungslos und effizient Strom produzieren. Hierfür ist eine Vielzahl von Faktoren wichtig: darunter Konstruktion und Technik der Anlagen sowie Betrieb und Instandhaltung.
Zustandsüberwachungssysteme (CMS) sind eine anerkannte Technologie zur Erhaltung der Leistungsfähigkeit von Windkraftanlagen: „Der Einsatz von Zustandsüberwachung im Windenergiesektor hat mittlerweile einen beachtlichen Reifegrad erreicht“, sagt Rusmir Bajric, führender CMS-Experte bei RWE Offshore Wind in Essen. Für den störungsfreien Betrieb eines Offshore-Windparks sei die Datenerfassung wegen ihrer zahlreichen Vorteile extrem wichtig. „Es handelt sich um gewaltige Anlagen und jeder Ausfall ist kostspielig“, ergänzt Bajric.
RWE setzt weltweit mehr als 1.000 IMx-Systeme von SKF in seinen Windparks ein. Sie erfassen Zustandsdaten an beweglichen Teilen wie Lagerschwingungen, Temperatur und andere Messwerte. Die Erfassung solcher Daten ist aber nur dann sinnvoll, wenn sie entsprechend analysiert werden können.
„Mit dem Ausbau unseres Windturbinenbestandes hat auch die zu verarbeitende Datenmenge zugenommen“, fährt Bajric fort. Um die Produktivität steigern zu können – ein Schlüsselfaktor für RWE – benötigte das Betriebs- und Wartungsteam des Unternehmens Daten von höherer Qualität, das heißt präzisere Daten, mit denen sich Probleme genauer voraussagen lassen. „Entscheidend für das Betriebs- und Wartungspersonal ist, dass Fehlalarme weitgehend reduziert und wenn möglich gänzlich eliminiert werden. Allerdings sind die Bewältigung solcher Datenmengen und die hohen Anforderungen der Branche eine echte Herausforderung.“
Hier sind die IMx-Systeme eine große Hilfe. Sie überwachen in der Regel Komponenten des Antriebsstrangs und suchen proaktiv nach Fehlern, die sich beheben lassen, bevor sie zu einem Problem werden. Die Instandhaltung von Windenergieanlagen macht bekanntermaßen einen Großteil der Betriebskosten aus. Sie zu minimieren – beispielsweise durch die Vermeidung eines Komplettausfalls – ist ein wesentlicher Faktor für den effizienten und rentablen Betrieb solcher Anlagen.
Wartung und Instandhaltung in eigener Regie
Die Instandhaltung von Windenergieanlagen ist ein kritischer Prozess. Große rotierende mechanische Teile nutzen sich zwangsläufig mit der Zeit ab, schon allein aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen. CMS-Lösungen helfen bei der Früherkennung solcher Anzeichen. Nur so lässt sich der Wunsch von RWE realisieren, Betrieb und Wartung unternehmensintern ausführen zu können. „Wir wollen unsere Windenergieanlagen zunehmend selbst betreiben und instand halten“, erklärt Bajric. Das bedeutet, RWE ist für die von den Sensoren übertragenen Daten und deren Auswertung verantwortlich.
„Netzwerk, Dateninfrastruktur und Datennachbereitung liegen komplett in unserer Hand. Dabei können wir auf die Unterstützung von SKF im Hintergrund zurückgreifen“, so Bajric. Diesen Service bietet SKF seinen Kunden häufig an. In diesem Fall will sich RWE jedoch davon lösen, was nicht heißt, dass SKF nicht mehr in den Prozess involviert ist.
„Wir möchten stets über die neueste Version der Soft- und Firmware verfügen, um eine bessere Datenerfassung und -analyse sicherzustellen“, erklärt Bajric. „Außerdem wollen wir weiterhin mit SKF vernetzt sein, um die jeweils besten Verfahren miteinander austauschen und die Vor- und Nachbearbeitung der erfassten Daten integrieren zu können. Das ist der Nutzen dieser Zusammenarbeit.“ Sie umfasst mehrere Teile. So organisiert SKF unter anderem Schulungen für RWE-Techniker, um die vorausschauende Wartung zu verbessern.
Technischer Support gehört ebenfalls dazu. Bernd Heintz, CMS-Techniker bei SKF erklärt: „Wir wissen, wie unsere Software funktioniert. Durch Workshops können wir einander kennenlernen und die bisher angewandten Standards weiterentwickeln.“
Durch kontinuierliche Software-Upgrades lassen sich „Schmerzpunkte“ überwinden. „Mit der neuesten Version können wir bestimmte Störfälle weiterverfolgen und Fehler erkennen“, so Heintz.
Als Hersteller von technischen Komponenten ist SKF in der Lage, RWE im Rahmen einer solchen Vereinbarung auch mit einer Reihe von Ersatzteilen zu beliefern und Dienstleistungen wie die Rationalisierung und Optimierung von Lagerbeständen sowie maschinenbauliche Serviceleistungen auf hohem Niveau bereitzustellen.
Für Bajric bietet die Partnerschaft mit SKF Raum für kontinuierliche Verbesserung. „Beide Seiten sehen die Herausforderung, CMS-Konzepte für Windturbinen weiter zu verbessern. Wir müssen die Daten, die wir erfassen, besser verstehen und auswerten. Dadurch können wir proaktiver und produktiver werden.“
Frühwarnung
Der frühe Hinweis auf Probleme ist ein wesentlicher Vorteil der Zustandsüberwachung. In der Windenergiebranche handelt es sich um weitaus mehr als nur um die frühzeitige Erfassung von kritischen Statusmeldungen an einem Lager.
„Für Betreiber von Offshore-Windparks ist es wenig hilfreich zu erfahren, dass ein Problem sofort behoben werden muss. Die Warnung vor einem Problem muss im Voraus erfolgen, sodass die Wartung eingeplant werden kann“, sagt Bajric
RWE erkannte die Notwendigkeit dieser Art von Frühwarnfunktion und hat gemeinsam mit SKF daran gearbeitet, Lücken zu schließen und die Effizienz dieses Prozesses zu verbessern.
Die beiden Unternehmen diskutieren zurzeit die jüngste Version der Software und wie sie dabei helfen kann, diese Lücken zu schließen, um Störfälle zu vermeiden, die zu so ernsthaften Problemen wie einem Bruch des Getriebegehäuses führen könnte. In einem solchen Fall besteht die Gefahr, dass Getriebeöl aus der Gondel austritt und in den Turm gelangt.
„Es geht darum, sehr früh eine Meldung zu erhalten, die so etwas verhindert“, betont Bajric. „Das ist eines unserer Ziele.“
Daten sind extrem wichtig
Für ein technisches Unternehmen wie RWE sind Daten von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung von Betriebsabläufen. „In unseren neuesten Projekten werden wir ein sehr hoch entwickeltes Zustandsüberwachungssystem integrieren, das proaktiv ausgelegt ist“, fährt Bajric fort. „Durch Zusammenarbeit mit internen CMS-Technikern wird RWE bei der Auswertung dieser Daten vorausschauender agieren können.“
Bajric zufolge ermöglichen CMS-Lösungen einen raschen Einblick in den Status einer Anlage. Die ermittelten Daten können für die Erstellung eines proaktiven Instandhaltungsprogramms verwendet werden. „Ohne solche Daten sind wir nicht wirklich in der Lage, eine Instandhaltungsphilosophie oder -strategie zu entwickeln.“
„RWE ist längst über den Punkt hinaus, an dem das Für und Wider von Zustandsüberwachungssystemen diskutiert wird“, stellt Bajric fest. „Unsere Branche ist inzwischen so ausgereift, dass wir nicht mehr den Fehler begehen, Windkraftanlagen ohne Zustandsüberwachung zu betreiben. Das gilt vor allem für Offshore-Windparks und deren Instandhaltung. Hier ist es besonders wichtig, über den Zustand von Bauteilen informiert zu sein, um wettbewerbsfähig zu bleiben und die Betriebs- und Instandhaltungskosten so gering wie möglich zu halten.“
Offene Plattform
Ein wesentlicher Grund, warum sich RWE für SKF als Partner entschieden hat, ist, dass die CMS-Plattform des Unternehmens – IMx-Einheiten und die zugrunde liegende Software – für Endanwender extrem offen ist, erklärt Rusmir Bajric, leitender Experte für Zustandsüberwachung bei RWE Offshore Wind.
„Der CMS-Support von SKF war bei der Zusammenarbeit sehr flexibel“, sagt er. „Wir konnten das System an unsere Bedürfnisse anpassen. Dank der Hardware- und Softwarekapazität von IMx waren wir in der Lage, Probleme präziser und deutlich früher zu erkennen oder zu verhindern.“
RWE verwendet hauptsächlich IMx-Systeme, die speziell auf die Windkraftbranche zugeschnitten sind. Sie laufen unter der Bezeichnung IMx-W. Einige Windturbinen des Energieversorgers wurden kürzlich mit IMx-W- und IMx-8/8-Einheiten nachgerüstet. Die IMx-W-Version verwendet die gleiche CPU wie die Standardeinheiten und ist weitgehend vergleichbar mit ihnen. Die Windkraftbranche hat jedoch eine Reihe von Speziellen Auflagen und Zertifizierungen die IMx-W/8/16-Version erfüllt.
Bernd Heintz, CMS-Techniker bei SKF, erklärt: „Die Version ist für die Erfassung von Schwingungsdaten ausgelegt und mit den Tachosignalgebern vernetzt. Außerdem ist sie mit einem robusten Gehäuse versehen, das den rauen Bedingungen in der Windkraftindustrie standhält.“
Ein typisches Beispiel ist das Multilog IMx-W mit 16 Analogeingängen. Die dynamischen Signaleingänge sind für verschiedene Sensoren konfigurierbar. In Kombination mit der SKF @ptitude Observer-Software bietet das Multilog IMx-W ein komplettes System für eine Vielzahl von Aufgaben, darunter die Fehlerfrüherkennung und -vermeidung, automatische Vorschläge zur Behebung bestehender (oder drohender) Zustände und avancierte zustandsbasierte Instandhaltung zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Leistung.
