Erneuerbare Energien

Rotorunwuchten führen zwangsläufig zu Schäden von WEA-Komponenten, Stillstandzeiten, Effizienzverlusten und erhöhter Schallemission. Ursache für aerodynamische Einflüsse sind bspw. Abweichungen in der Blattwinkelstellung oder Verwindungen der Rotorblätter selbst. Zusätzlich führen Blatterosion, Schäden oder unsymmetrische Eisbildung zur Massenexzentrizität.

Die Folge von aerodynamischen und massebedingten Unwuchten sind ungünstige Kräfte und Schwingungen der WEA. Bedingt durch die geringe Drehfrequenz der Rotoren sind zum Structural Health Monitoring (SHM) Sensoren notwendig, die sowohl in einem Frequenzbereich <0,5 Hz arbeiten und eine sehr gute Amplitudenauflösungen <20 µg aufweisen.

Die triaxialen Beschleunigungssensoren ASC 5511LN (Aluminiumgehäuse) oder ASC 5515LN (Edelstahlgehäuse) sind ideal für diese Applikation geeignet.

Offshore-WEA sind unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt. Niederfrequente, aerodynamische Turmschwankungen, welleninduzierte Einflüsse, hydrodynamische Kräfte und seismische Bewegungen des Meeresbodens lassen sich jedoch optimal mit kapazitiven Neigungssensoren der ASC TS-Serie bestimmen. Die Ausführung im Edelstahlgehäuse mit Schutzklasse IP68 ist prädestiniert für Offshore-Anwendungen.

Darüber hinaus zeichnen sich die Sensoren durch einen kleinen Frequenzbereich (DC bis 100 Hz) aus, wodurch statische bzw. quasistatische Turmschwankungen exakt erfasst und gleichzeitig störende, höherfrequente Vibrationen unterdrückt werden.

Für detaillierte Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Windenergieanlagen kommen Testanlagen zum Einsatz. Hier werden WEA mit definierten Kräften zum Schwingen angeregt. Durch Beschleunigungssensoren werden Rückwirkungen genau erfasst, sodass sich das komplette Frequenz- und Amplitudenverhalten mittels Modal- und Strukturanalysen ermitteln lässt.

Die gewonnenen Messdaten sind Grundlage für Simulationen. Mit ihrer Hilfe können WEA als digitaler Zwilling modelliert werden. Ziel ist es, durch entsprechende Designvariationen und -maßnahmen die Betriebsfestigkeit und die Effizienz von WEA deutlich zu steigern sowie eine Reduzierung von Schwingungen und Schallemissionen zu erreichen.

Im Rahmen von Condition Monitoring und Structural Health Monitoring werden Windenergieanlagen permanent überwacht, um gefährliche Veränderungen an den Komponenten frühzeitig erkennen zu können. Für die komplexen Anwendungen und parallelen Messungen sind immer kompaktere und intelligentere Sensorlösungen notwendig. Die smarten Sensorsystemen ASC AiSys® VibroTherm bieten die passende Antwort auf diese Herausforderungen, indem nicht nur kritische Vibrationen, sondern auch die Öltemperaturen an Lagern und Getrieben zeitsynchron erfasst und analysiert werden.

Mittels selbstlernender Algorithmen können mittels smarten Sensorsystemen z. B. Prognosen zur weiteren Entwicklung von Unwuchten oder Materialermüdung erstellt werden. Auf deren Grundlage lassen sich wiederum Schwellwerte definieren, bei deren Erreichen Instandhaltungsbedarf besteht. Insbesondere bei schwer zugänglichen Offshore-Windparks ist Predictive Maintenance notwendig, um Wartungs- und Inspektionsintervalle effektiver gestalten zu können.

Windenergieanlagen sind betriebsbedingt und aufgrund von Umwelteinflüssen Schwingungen ausgesetzt. Ein Großteil der Schäden an WEA sind auf diese Vibrationen zurückführen. Um sie frühzeitig zu erkennen, ist ein kontinuierliches Monitoring der Anlagen nötig.

Wegen der rauen Umgebungsbedingungen stellen Hersteller von Windenergieanlagen allerdings sehr hohe Anforderungen an Systeme zur Zustandsüberwachung. Sie müssen u. a. dauerhaft und zuverlässig in der Lage sein, am Getriebe, Rotorblatt sowie Rotor- und Generatorlager Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 10 kHz zu erfassen.

Ideal für diese Condition Monitoring-Anwendungen sind die piezoelektrischen Beschleunigungssensoren ASC P311K-A15 (Side-Connector)  und ASC P311K-A25 (Top-Connector) sowie der triaxiale ASC P313P-A15 – kompakt, sehr robust und flexibel konfektionierbar.