Wenn Windparkbetreiber ähnliche Wartungsaktivitäten zum gleichen Zeitpunkt durchführen lassen

Wenn Windparkbetreiber ähnliche Wartungsaktivitäten zum gleichen Zeitpunkt durchführen lassen können, solange der Kran oder das Schiff zur Verfügung stehen, vermeiden sie Kosten. Bild: Romax

Betreiber von Windparks kämpfen mit hohen Instandhaltungskosten und den Herausforderungen, die sich aus der Planung derselben ergeben. Vor allem im Offshore-Bereich, wo Schiffe nicht jederzeit verfügbar sind, oder das Wetter nicht mitspielt. Eine Software verspricht Abhilfe: Mit ihr lassen sich im Rahmen einer zustandsbasierten Instandhaltung Ausfälle bis zu sechs Monate im Voraus erkennen.

Die europäische Windindustrie steht hinsichtlich der Energie- und Windkraftkosten vor gewaltigen Herausforderungen. Durch die gegenwärtige Krise, die sich besonders auf die Betriebskosten auswirkt, verschärft sich diese Lage noch. Doch was steckt dahinter? Typischerweise werden bis zu 75 Prozent der betrieblichen Ausgaben eines groß angelegten Windparks für Betrieb und Wartung – auf Englisch: Operation and Maintenance, kurz: O&M – des Standorts aufgewendet. Diese Kosten sind besonders im Offshore-Bereich signifikant, wo es auf die Verfügbarkeit von Schiffen ankommt. Außerdem hängt es hier von den Wetterbedingungen ab, ob ein Standort erreichbar ist. Als wäre dies nicht genug, stehen O&M-Manager aber noch vor einer Reihe weiterer Herausforderungen: So müssen sie Daten von vielen unterschiedlichen Quellen oder Anbietern verwalten, zum Beispiel verschiedene Arten von Turbinen, Scada-Systeme, Zustandsüberwachungssysteme (Condition Monitoring Systems, CMS) sowie Softwareanwendungen, und außerdem müssen sie die verfügbaren Daten in wertschöpfende Handlungen umsetzen. Dazu kommen unberechenbare Störungen, Ausfallszeiten und Wartungskosten, welche die Budgetverwaltung erschweren, und außerdem noch unberechenbare Anforderungen bezüglich Inventar und Ersatzteilen.

Die richtige Balance finden

Insight-Software

Die Insight-Software ist eine Plattform, mit der sich Daten aus CMS, Scada, Kontrollgängen und Wartungsaktivitäten analysieren lassen. Bild: Romax

Eine optimale Instandhaltungsstrategie für einen Windpark festzulegen gleicht also einer Gratwanderung zwischen O&M-Kosten auf der einen und den potenziellen Kosten einer Störung auf der anderen Seite. Die Wartungsstrategie für den Standort lässt sich generell in eine der drei Kategorien reaktive Wartung (Bruchwartung), präventive Wartung oder zustandsbasierte Wartung einordnen. Dabei steht die Bruchwartung an einem Ende des Spektrums für Instandhaltungsstrategien. Sie ist einfach zu implementieren, kann aber wegen hoher Reparaturkosten teuer werden. Weil Störungen nur schwer vorherzusagen sind, lassen sich Budgets für eine reaktive Wartung auch nur schwer erstellen.

Am anderen Ende des Spektrums steht die präventive oder zeitbasierte Instandhaltung. Hier handelt es sich um einen proaktiven Ansatz, bei dem Teile ausgetauscht werden, bevor sie ausfallen, um so potenzielle Reparaturkosten zu minimieren. Leider sind auch hier die Wartungskosten hoch, da Teile oft unnötig früh ausgetauscht werden, obwohl sie möglicherweise noch mehrere Jahre gut funktioniert hätten.

Wartungs- und Ausfallkosten lassen sich reduzieren

Bleibt noch die zustandsbasierte Wartung: Eine prädiktive oder zustandsbasierte Wartung stellt die goldene Mitte zwischen reaktiver und präventiver Instandhaltung dar. Indem der Zustand von Maschinen, und mögliche Ausfälle von Teilen vorhergesagt werden, lassen sich Wartungsarbeiten je nach Notwendigkeit durchführen, bevor es zu teuren und potenziell katastrophalen Ausfällen kommt. Die zustandsbasierte Instandhaltung optimiert O&M-Kosten aufgrund minimierter Wartungs- und Ausfallskosten. Allerdings gibt es heute noch eine große Barriere, die der zustandsbasierten Wartung im Weg steht: Um den Zustand einer Windturbine festzulegen sind spezifische Technologien nötig, die sich noch nicht flächendeckend durchgesetzt haben. Die Technologien, die weit verbreitet sind – wie Basis-CMS – liefern oft ungenügende Vorlaufzeiten für die Fehlermeldung, was die Umsetzung einer rein zustandsbasierten Wartungsstrategie verhindert.

Auf die Gesamtanalyse kommt es an

Generell muss jeder Betreiber, der eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie umsetzen möchte, zunächst den Ist-Zustand seiner Anlage erfassen. Dies kann mittels einer Reihe unterschiedlicher Ansätze geschehen, zum Beispiel durch Vibrationsüberwachungssysteme für den Antrieb oder die detaillierte Inspektion der Turbine – zwei bewährte Techniken, die weit verbreitet sind. Hat man den Ist-Zustand der Maschine erfasst, wird die Sache etwas komplizierter. Die Vorhersage des zukünftigen Zustands einer Komponente – zum Beispiel des Antriebs – erfordert die detaillierte Kenntnis der jeweiligen Anwendung sowie ein riesiges Datenvolumen vom Windpark selbst. Eine Basis-Zustandsüberwachung ist hier nicht immer ausreichend. Um eine zustandsbasierte Wartung zu ermöglichen, muss die Überwachungstechnologie einer Windturbine drohende Ausfälle mit einer Vorlaufzeit von mindestens 6 bis 12 Monaten vorhersagen. Dies geschieht am besten durch die Kombination unterschiedlicher Technologien, dazu gehören Vibrationsüberwachungssysteme, die Ölstandüberwachung, Modelle für das Feststellen der Restnutzungsdauer, Instandhaltungs- und Kontrolldaten sowie gemessene Lastdaten der Turbine. Typischerweise werden diese Datensätze isoliert betrachtet und nicht gemeinsam anhand eines einzigen prädiktiven Modells analysiert. Die gegenwärtige und zukünftige Leistungsfähigkeit der Maschine kann jedoch nur auf Basis einer solchen Gesamtanalyse bestimmt werden. Leider besteht eine Diskrepanz zwischen den Zustandsüberwachungssystemen, die heute auf dem Markt erhältlich sind, und der Datenaggregatsanalyse, die für eine effektive zustandsbasierte Instandhaltung erforderlich ist.

Den Ausfall genau vorhergesagt

Insight Inspektion Service

Zum Insight Inspektion Service von Romax gehören auch integrierte Kontrollen inklusive der Analyse der CMS-, Schmierungs-, Scada-, Messungs- und Wartungs-Daten. Bild: Romax

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, hat Romax eine Reihe spezifischer Technologien für die Antriebsüberwachung entwickelt, die Betreibern helfen sollen, eine rein zustandsbasierte Instandhaltung zu erreichen. Durch enge Zusammenarbeit mit Betreibern in Europa, den USA und Asien, Feldversuche und umfangreiche Forschungs- und Entwicklungs-Programme haben sich diese Methoden auch in der Praxis bewährt und wurden durch reale Daten, die über viele Jahre hinweg gesammelt wurden, noch zusätzlich verbessert. Heute stellt Romax Betreibern eine umfangreiche Palette an Softwareprodukten und Dienstleistungen zur Verfügung, mit denen diese ihre Anlagen überwachen können.
So ist etwa die Insight-Software ein Zustandsüberwachungssystem, das unabhängig von der benutzten Hardware funktioniert. Damit ist das System auch mit bestehenden Scada- und CMS-Systemen in einer Vielzahl von Turbinentypen einsetzbar. Die Insight-Software stellt eine Plattform dar, mit der Daten aus CMS, Scada, Kontrollgängen und Wartungsaktivitäten analysiert werden können. Sie nutzt prädiktive Modelle, um Informationen an O&M-Mitarbeiter und Budgetverwalter zu liefern, auf Basis derer diese Personen dann entsprechend handeln können.

Dass dies funktioniert, beweist das folgende Zitat eines Onshore-Betreibers in den USA: „Romax setzte uns Anfang 2012 von einer beginnenden Störung eines Hauptlagers in Kenntnis“, so James Snelson, Senior Mechanical Engineer bei Infigen Energy in Dallas, Texas. „Die Turbine wurde überwacht und ihre Produktion reduziert, um die Lebens- und Betriebszeit der Turbine zu verlängern. Ein Jahr nachdem wir über den potenziellen Ausfall des Lagers verständigt worden waren, versagte das Lager. Die Vorhersage des Versagens gab uns die Möglichkeit, unsere Betriebsstrategie für diese Turbine entsprechend anzupassen, anstatt auf den tatsächlichen Ausfall reagieren zu müssen. Außerdem waren wir in der Lage, Ausfallzeiten und Kosten weiter zu reduzieren, indem wir den Austausch des Lagers mit anderen Aktivitäten koordinierten.”

Autor: Dr. John Coultate, Romax

ke NEXT hakt nach

Vier Fragen an Dr. John Coultate, Manager für Produktmarketing bei Romax

Dr. John Coultate

Dr. John Coultate freut sich, dass Betreiber von Wind- farmen dank der Software InSight von Romax durch die vorausschauende Wartung Geld einsparen können. Bild: Romax

Inwiefern besteht eine Diskrepanz zwischen den Zustandsüberwachungssystemen, die heute auf dem Markt erhältlich sind, und der Datenaggregatsanalyse?
Herkömmliche Zustandsüberwachungssysteme (Condition Monitoring Systeme) greifen nur auf eine begrenzte Datenbasis zu. Wir hingegen nutzen für unsere Datenaggregatsanalyse Scada- und Wartungsdaten, Inspektionsberichte sowie eine Datenbank mit Versagensfällen, um den Zustand der Turbinen zu beurteilen. Durch Zusammenführung dieser Daten und die daraus folgend richtige Analyse können wir einen effektiven Mehrwert bieten.

Welche Vorteile bietet Ihre Überwachungslösung im Vergleich zu anderen Lösungen?
Wir bieten ein umfassendes Zustandsmanagement für Windfarmen. Das InSight-Paket kombiniert die hardwareunabhängige Insight-Software, den Monitoring-Service, den Wartungsservice und die besondere, vorausschauende Wartung. Mit dieser Aufstellung kann Romax ein einzigartiges Software- und Servicepaket für eine breite Anwendung in der Industrie bieten. Die meisten Windfarmbetreiber haben eine größere Palette an Zustandsüberwachungssystemen in ihrem Park installiert. Das Management dieser verschiedenen Systeme ist schwierig.
Die Insight-Software erlaubt dem Überwachungsingenieur, alle CMS- und Scada-Daten für den gesamten Park in einer Software zu sehen. Unser Serviceportfolio ermöglicht unseren Kunden, den Gewinn bei gleichzeitiger Kostenreduktion zu steigern und ihnen auch einen Wechsel zu einem nachhaltigen, vorausschauenden Zustandsmanagement zu ermöglichen.

Und wann amortisiert sich Ihre Lösung für Windenergieanlagenbetreiber?
Das hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Lage der Windfarm, der Anzahl an Turbinen und der Zuverlässigkeit des speziellen Typs. Aber typischerweise rechnet sich das InSight-Condition-Monitoring innerhalb von zwei bis drei Jahren.

Könnten Sie bitte noch ein Beispiel mit konkreten Zahlen zu Kosten und Nutzen der Zustandsüberwachung nennen?
Ein Beispiel für ein typisches Getriebeversagen im Offshore-Bereich bei reaktiver Wartung, das heißt ohne Insight-Condition-Monitoring, wäre ein Lagerversagen, das oftmals nicht vom CMS wahrgenommen wird. Dadurch kommt es zu einem Getriebe-Totalausfall. Die Kosten für ein neues Getriebe betragen etwa 200.000 bis 300.000 Euro. Für das Schiff und Ingenieure kommen nochmal über 300.000 Euro dazu. Außerdem entstehen Ausfallkosten von über 100.000 Euro, die durch die Lieferzeit für neue Komponenten, Schiff und Wartungsfenster entstehen. Dadurch entstehen pro Versagensfall Gesamtkosten von über 700.000 Euro.
Durch die vorausschauende Wartung, das heißt mit InSight-Condition-Monitoring, kann der Lagerverschleiß frühzeitig, also circa sechs bis zwölf Monate vor Versagen erkannt werden. Darauf folgen eine Inspektion durch Romax und die empfohlenen Abhilfemaßnahme. Die Kosten für neue Teile und Arbeitzeit betragen dabei rund 60.000 Euro. Die Wartung mehrerer Turbinen kann sechs Monate im Voraus für die Niedrig-Wind-Zeit geplant werden. Dadurch entstehen pro Turbine lediglich 20.000 bis 50.000 Euro Ausfallkosten. Die Gesamtkosten betragen damit weniger als 150.000 Euro pro Turbine. InSight ermöglicht also eine Kosteneinsparung von etwa 550.000 Euro pro Versagensfall. aru