Der Wind des Wandels ergreift die Automatisierung für Inspektionen an Rotorblättern
Die Umwandlung kinetischer Windenergie in Elektrizität stellt eine wirtschaftliche, nachhaltige Möglichkeit dar, den menschlichen Fortschritt voranzutreiben. Europa ist hierfür beispielgebend, da allein im vergangenen Jahr mehr als 40 % aller neuen europäischen Energieanlagen auf Windkraftanlagen entfielen, die heute etwa 15 % des Stroms für Europa bereitstellen. Darüber hinaus sitzen in Europa drei der fünf größten Windkraftanlagenhersteller, die einen gemeinsamen weltweiten Marktanteil von 40 % am Windkraftanlagenmarkt halten. Wie aus den Daten auf Basis der in den Vereinigten Staaten im Jahr 2012 gemeldeten Schadensfälle hervorgeht, beziehen sich rund vier von zehn Versicherungsfällen auf Schäden an Rotorblättern. Derzeit gibt es jedoch keine Technologie auf dem Markt, die es ermöglicht, Mängel aufzudecken, bevor diese zu Ausfällen führen. All dies wird sich dank des EU-finanzierten Projekts BladeSave und seines integrierbaren Systems zur Zustandsüberwachung für Neuinstallationen und Nachrüstungen nun ändern.
Große und leistungsstarke Windräder bedeuten mehr Gewinn, beinhalten aber auch ein größeres Risiko
Viel hat sich getan, seit den ersten bekannten Windrädern aus Ton und Holz, die vor tausend Jahren in Persien zur Verarbeitung von Getreide eingesetzt wurden. So können große, moderne Windkraftanlagen Rotorblätter mit einer Länge von über 50 m aufweisen, wobei das weltweit größte Rotorblatt mittlerweile länger als ein Fußballfeld ist. Die Lasten, denen sie standhalten müssen, können aber auch die Unversehrtheit der Verbundrotorblätter beeinträchtigen. Dazu kommt, dass die Inspektion und Instandhaltung von Rotorblättern zur Bestimmung von Risiken immer noch auf Sichtprüfungen beruhen. Zwischen den Inspektionen können Jahre vergehen, in denen die Wahrscheinlichkeit für die Fehlerentwicklung und -ausbreitung und sogar für einen verheerenden Totalausfall steigt. Selbst wenn ein Fehler festgestellt wird, lassen Besitzende bzw. Betreibende aufgrund immer kleinerer Budgets für Betrieb und Reparaturen häufig nur die gravierendsten Mängel beheben. Letztendlich kann dies eher zum Austausch als zur Reparatur sowie zu Ausfallzeiten der Windkraftanlage führen – die Vorlaufszeit für einen Austausch kann ganze zwölf Monate oder mehr betragen. Das Projekt BladeSave ging dieses Problem nun erfolgreich an.
Hightech-Windräder erhalten wohlverdiente Hightech-Unterstützung
BladeSaveTM, ein System zur Zustandsüberwachung rund um die Uhr mit automatisierter Risikobewertung und Berichterstellung, ist eine höchst attraktive Alternative zur archaischen, kostspieligen und ineffizienten Sichtprüfung. BladeSaveTM nutzt faseroptische Sensoren, die in die Innenfläche der Verbundrotorblätter eingebettet sind. Eine Technologie mit der Bezeichnung Faser-Bragg-Gitter bietet mehrere Erfassungsmöglichkeiten, einschließlich der Aufnahme von Schallemissionen. Die Sensoren werden automatisch so eingestellt, dass sie die Frequenzen erkennen, die typischerweise mit der Fehlerentstehung und -ausbreitung verbunden sind. Durch den integrierten Computer von BladeSaveTM werden die Daten dann vorverarbeitet und zur weiteren Analyse und Risikokategorisierung an die Cloud gesendet. Eine einfache Ampelanzeige auf dem Dashboard der Endnutzenden informiert diese schließlich über das aktuelle Risiko und gibt Handlungsempfehlungen. Projektkoordinator Benn Faulkner von Renewable Advice fasst die deutlichen Verbesserungen in Bezug auf die Leistungsfähigkeit wie folgt zusammen: „BladeSaveTM korreliert die Frequenzen der Schallemissionen in den Rotorblättern während des Betriebs mit bestimmten Fehlertypen wie Matrixrissen, Ablösungen und Faserbrüchen. Die automatische Fehlerlokalisierung sorgt dabei für eine beschleunigte Untersuchung und Reparatur, während die Bewertung der Ermüdungslebensdauer eine verbesserte Beurteilung des Langzeitbetriebs und eine verlängerte Lebensdauer der Windkraftanlage unterstützt.“ Faulkner weist außerdem darauf hin, dass das Vorhaben des Projekts BladeSave ohne die Unterstützung der EU von den Konsortialpartnern als zu riskant angesehen worden wäre. Inzwischen steht das System kurz vor der Kommerzialisierung und wurde so entwickelt, dass es gleichermaßen für die Installation auf neuen oder die Nachrüstung auf vorhandenen Rotorblättern geeignet ist. In jedem Fall wird es zum Ziel der EU beitragen, die Windenergiekapazität bis 2030 im Vergleich zu 2016 zu verdoppeln und zur Deckung von 30 % des Strombedarfs der EU zu nutzen.
Schlüsselbegriffe
BladeSave, Rotorblatt, Windkraftanlage, Zustandsüberwachung, Inspektion von Rotorblättern, Sensoren, Schallemissionen, Windenergie, Faser-Bragg-Gitter
