Rechtzeitig handeln und Schäden minimieren - oder warten bis zum Crash? Diese Frage müssen sich Betreiber stellen, wenn es im Hinblick auf eine Senkung der Betriebskosten um ein zukunftsorientiertes Betriebs- und Instandhaltungskonzept für ihre Windenergieanlage geht.
Nicht zuletzt durch die Haltung der Versicherer gehören die Tage, in denen man es sich erlauben konnte, eine Anlage bis zum bitteren Ende in den Crash zu fahren, der Vergangenheit an. Zu groß sind angesichts der rasant gewachsenen Anlagen die Kosten für die Instandsetzung kapitaler Großschäden, auf denen infolge der Abschreibungsmodelle in den Versicherungsverträgen oftmals zu einem Großteil der Betreiber sitzen bleibt. Die meist überraschend auftretenden Schäden verursachen zudem durch die notwendigen Zeiten für Ersatzteil- und Kranbeschaffung lange Stillstände, die hohe Produktionsausfälle nach sich ziehen.
Umdenken ist also angesagt! In Zeiten, in denen Versicherer längst nicht mehr alle Schäden und Ausfälle bedingungslos bezahlen, lassen immer komplexer werdende Anlagen die Erwartungen an die Instandhaltung steigen.
Die veralteten klassischen Konzepte werden nach Meinung der GEO mbH, die erfolgreich Kosten sparende Betriebs- und Überwachungskonzepte für Windenergieanlagen am Markt anbietet, der anspruchsvollen Kraftwerkstechnik, welche die Windenergie heute darstellt, längst nicht mehr gerecht.
Ein Blick über den Tellerrad zeigt recht deutlich, wie andere industrielle Bereiche solchen Herausforderungen begegnen. Vorsorge ist angesagt, will man vermeiden in die Kostenfalle zu tappen! Überall dort, wo zu spät erkannte Initialschäden große Folgeschäden und das Erliegen der Produktion nach sich ziehen können, ist es Standard, den Zustand einer Anlage gezielt zu erfassen, neutral zu beurteilen und in das gesamte Instandhaltungsmanagement einfließen zu lassen. Zustandsorientierte Instandhaltung heißt das Schlagwort, das längst auch in der Windbranche kursiert und einen nennenswerten Beitrag leistet, um nachhaltig Betriebskosten einzusparen.
Dass an diesem Instandhaltungskonzept künftig kein Weg vorbei führt, darüber sind sich sowohl Hersteller und Versicherer als auch Betriebsführer längst einig. Schließlich sind ungeplante Produktionsausfälle durch Störungen und Schäden – insbesondere an mechanischen Komponenten des Triebstranges – mittlerweile kein unabwendbares Schicksal mehr, sondern lassen sich dank moderner Messtechnik durch geeignete Vorsorge und Überwachung frühzeitig erfassen.
Die permanente Zustandsüberwachung von Lagern und Getrieben mit einem online Condition Monitoring System ermöglicht die gezielte Erkennung mechanischer Schäden. Die Überwachung bildet in Verbindung mit einer herstellerneutralen Überwachungsstelle die Basis eines zukunftsweisenden Instandhaltungsmanagements zur zustandsorientierten Instandhaltung der Hauptkomponenten einer WEA.
Verschleißerscheinungen und Schäden an Wälzlagern und Getriebeverzahnungen des Antriebsstrangs lassen sich mit einem Condition Monitoring System bereits im Frühstadium erkennen und genau lokalisieren.
In Verbindung mit einer professionellen Datenauswertung und Anlagenbegutachtung können so Instandhaltungsmaßnahmen – auch in Abhängigkeit der Windverhältnisse – gezielt geplant, verschleißbedingte Ausfallzeiten und hohe Folgekosten reduziert und somit eine optimale Verfügbarkeit der Anlage erzielt werden.
Im Hinblick auf die gestiegenen versicherungstechnischen Anforderungen bieten Condition Monitoring Systeme – kurz CMS – die Möglichkeit, erheblich günstigere Versicherungskonditionen zu erhalten. Messdaten können als Nachweis dauerhaft archiviert werden; ein Vorteil, der sich auch innerhalb der Gewährleistung gegenüber dem Anlagenhersteller bezahlt machen kann.
Gerade auch bei Abschluss von Vollserviceverträgen mit Anlagenherstellern bietet der unabhängige Einsatz von CMS zur separaten Dokumentation des Lebenslaufs der eigenen WEA eine bessere Risikoabsicherung sowohl bei vereinbartem Vertragsende als auch bei vorzeitiger Kündigung bzw. Vertragsauslauf durch Insolvenz / Übernahme des Herstellers.
Auch beim Betrieb kleinerer Altanlagen, bei denen Versicherungen infolge der Abschreibungen auftretende Schäden längst nicht mehr zu hundert Prozent decken, bietet die exakte Kenntnis des Zustandes der überwachten Großkomponenten deutliche Vorteile. So ist in Verbindung mit angepassten Versicherungskonzepten auf Kaskobasis eine erheblich höhere Rücklagenbildung möglich. Das zeigt auch das „safe&win“ - Konzept der GEO mbH, für das sich mehr und mehr auch finanzierende Banken interessieren.
Denn letztendlich profitieren alle Beteiligten von einer detaillierten Schadensfrüherkennung und einer kostenoptimierten Instandsetzung.
Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung der Zustandsüberwachung ist die hohe Qualität der Diagnosen und eine herstellerneutrale Ableitung der richtigen Maßnahmen zur Schadensminimierung und -beseitigung.
Der erfolgreiche Einsatz eines CMS-Einsatzes steht und fällt mit der Kompetenz und der Erfahrung der Überwachungsstelle. Es ist schon ein hohes Maß an Erfahrungen erforderlich, um Zustandsveränderungen präzise beurteilen und einschätzen zu können. Genauso wichtig ist es, die wertvollen Informationen aus der Überwachung im Gesamtzusammenhang mit anderen Details, wie zum Beispiel visuellen Inspektionen sowie Öl- und Ölfilteranalysen, zu bewerten und daraus die geeigneten Instandhaltungsmaßnahmen abzuleiten.
Die GEO mbH verfügt als Marktführer unter den herstellerunabhängigen Dienstleistungsanbietern im Bereich Condition Monitoring über umfangreiches Know-how und mehrjährige Erfahrung in der Schwingungsüberwachung von Windenergieanlagen. Momentan befinden sich bei dem Unternehmen, das von führenden deutschen Windenergieversicherern als Überwachungsstelle anerkannt und gem. ISO 9001 zertifiziert ist, über 70 Windenergieanlagen aller namhaften Hersteller in der permanenten Schwingungsüberwachung. Auch aus dem europäischen Ausland liegen bereits Anfragen vor.
Als verlässlicher und kompetenter Partner deckt GEO das komplette Spektrum der permanenten online Überwachung von Windenergieanlagen aus einer Hand ab.
Angefangen bei der individuellen Planung eines Überwachungskonzeptes für jedes Einzelprojekt, werden im Rahmen der Projektabwicklung neben der Kaufoption interessante liquiditätsschonende Leasingmodelle zur Finanzierung von Condition Monitoring Systemen angeboten.
Ebenso wird die schlüsselfertige Komplettinstallation und Inbetriebnahme der Systeme und des gesamten parkinternen Netzwerks, das der Übertragung der Messdaten dient, übernommen.
Der Einbau vollständig autarker Zusatzkomponenten für die Spannungsversorgung des Systems und die Messung des Leistungssignals sind eine Spezialität von GEO, die ebenfalls Bestandteil der günstigen Komplettpakete sind. Auf diese Weise wird mit diesen Systemen eine vollkommen unabhängige Überwachungslösung realisiert, ohne Gewährleistungsansprüche zu gefährden.
Als Ergebnis der neutralen Überwachung erhält der Anlagenbetreiber im Anschluss an die anlagenspezifische Konfiguration der Systeme monatliche Berichte einschließlich der Handlungsempfehlungen, die sich aus der detaillierten Diagnose der Messdaten ergeben.
Zahlreiche erfolgreich detektierte und mit minimalen Kosten behobene Schäden zeichnen GEO als verlässlichen Partner aus.
Der folgende Fall verdeutlicht die Früherkennung und zustandsorientierte Instandsetzung eines Schadens an der generatorseitigen Lagerung der schnell laufenden Getriebeausgangswelle (HSS) einer 2 MW WEA. Ein Schaden, der unerkannt ein hohes Gefahrenpotential für den Betreib der Windenergieanlage in sich birgt.
In Abbildung 1 ist sehr anschaulich der rasante Trendanstieg eines für diesen Schaden charakteristischen Kennwertes von einem Normalniveau bei ca. 15 m/s 2 auf ein sieben Mal höheres Spitzenniveau von ca. 100 m/s 2 erkennbar. Im Allgemeinen spielen sich solche Schadensentwicklungen innerhalb mehrerer Wochen oder Monate ab, wie ein weiteres Schadensbeispiel noch zeigen wird. Hier hingegen liegt ein Fall für einen sich innerhalb von wenigen Tagen sehr rasch entwickelten Schaden vor, aus dem die Notwendigkeit einer permanenten online Überwachung deutlich hervor geht.
Nachdem durch den Trendanstieg eine automatische Alarmierung des CM Centers ausgelöst wurde, konnte durch einen der Diagnoseingenieure anhand einer frequenzselektiven Analyse des in Abbildung 2 dargestellten Hüllkurvenspektrums ein Käfigschaden an der generatorseitigen Lagerung der schnell laufenden Getriebeausgangswelle (HSS) festgestellt werden.
Eine sofort eingeleitete Getriebeinspektion bestätigte den detektierten Bruch des gepressten Stahlblechkäfigs, der deutlich auch in Abbildung 3 zu erkennen ist.
Durch die unmittelbare Abstimmung zwischen CM Center, Betreiber und WEA-Hersteller konnte ein umgehender Tausch des Lagers innerhalb von zwei Tagen durchgeführt, kostspielige Folgeschäden verhindert und ein reibungsloser Weiterbetrieb der Anlage realisiert werden.
In Zahlen ausgedrückt bedeutet der zustandsabhängige Austausch des geschädigten Lagers für den Betreiber Kosten von ca. 5.500 €.
Ohne permanente Überwachung und zwischen zwei Serviceintervallen unentdeckt geblieben, führen solche Schäden meist infolge der Schrägstellung von Wellen zu Fehleingriffen der Zahnradpaare und somit zu fatalen Verzahnungsschäden in Getrieben.
Gegenüber den 5.500 € für die zustandsabhängige Reparatur können in diesem Fall Kosten in Höhe von ca. 105.000 € für ein Tauschgetriebe ohne die noch hinzu kommenden Kosten z.B. für Kraneinsatz, Logistik usw. entstehen.
Ein weiteres aktuelles Schadensbeispiel verdeutlicht die Notwendigkeit der permanenten Überwachung einer Windenergieanlage anhand eines Verzahnungsschadens an einem 1,5 MW Getriebe.
Im Verlaufe des Betriebs kristallierte sich eine Schadensentwicklung heraus, die den Austausch eines Zahnrades zur Folge haben sollte.
Parallel zur Beobachtung der Schadensentwicklung anhand der Messdaten des CMS und den durchgeführten Getriebeinspektionen wurde im ständigen Austausch zwischen den CM Experten, dem Betreiber und dem WEA-Hersteller ein optimaler Termin für den Tausch der Komponenten in einem möglichst kurzem Zeitfenster abgestimmt. Exakt die richtige Maßnahme, wie die in Abbildung 6 erkennbaren Ausbrüche an der Verzahnung nach dem Ausbau zeigen. Ein solches Zahnrad hätte ganz sicher nicht bis zum Ende der Lebensdauer der Anlage durchgehalten.
Zu bedenken ist auch hier: Ohne den Einsatz eines Condition Monitoring Systems wäre die Schadensentwicklung zwischen den planmäßigen halbjährlichen Serviceintervallen unentdeckt geblieben, was unvermeidlich zu einem Totalschaden des Getriebes geführt hätte. Darüber hinaus liefert das CMS bei diesem sich über mehrere Monate entwickelnden Verzahnungsschaden eine eindeutige und belastbare Dokumentation des gesamten Schadensverlaufs.
Durch Gegenüberstellung der Kosten sollte sich jeder Anlagenbetreiber veranschaulichen, welche Vorteile der kostengünstige Einsatz des CMS mit sich bringt.
Auf den Punkt gebracht stehen den für die zielgerichtete Instandsetzung angefallenen 13.500 € ein kompletter Getriebetausch für ca. 105.000 € zzgl. Krankosten und sonstigen nicht absehbaren Schäden gegenüber.
Eines muss man sich dabei aber klar vor Augen führen: Condition Monitoring ist mehr als die Beurteilung von Kennzahlen und Ampelfarben, wie viele der angebotenen Systeme glaubhaft machen. Die dynamischen und schwingungstechnischen Zusammenhänge sind zu komplex als dass sie sich mit solch simplen Mitteln vollständig darstellen ließen. Die differenzierte Analyse und Beurteilung von Schwingungsdaten ist Expertensache, da ohne fundiertes Fachwissen im Handumdrehen vermeidbare Kosten entstehen können, wenn aufgrund von Fehldiagnosen keine oder falsche Maßnahmen ergriffen werden.
Die erläuterten Beispiele zeigen auf, was in anderen Industriebereichen längst Standard ist: Sinnvolle Investitionen in die neutrale Überwachung und Instandhaltung von Maschinen und Anlagen reduzieren die Betriebskosten erheblich und machen sich schnell bezahlt. Eine Tatsache, die die Windbranche aber anscheinend noch nicht ausreichend verinnerlicht hat, bedenkt man, dass von den gut 17.000 in Deutschland betriebenen Windenergieanlagen bisher nur schätzungsweise 400 bis 500 Anlagen mit Condition Monitoring Systemen ausgerüstet sind.
Das aufgezeigte Einsparpotenzial sollte allerdings nachdenklich stimmen, ob klassische Betriebsführungs- und Instandhaltungskonzepte noch die richtige Lösung für einen kostenoptimierten Betrieb von Windenergieanlagen sind.
Es ist höchste Zeit, den hohen und immer weiter ansteigenden Aufwendungen für eine reaktive Instandsetzung mit pro-aktiven Investitionen zu begegnen! Egal ob Altanlage oder neue Multimegawatt-Turbine mit Vollservicepaket: Unabhängige Schadensfrüherkennung zahlt sich immer aus!