Rotorblätter im Visier

Eis- und Schadensdetektion an Windenergieanlagen

Rotorblätter im Visier

Kosteneffizienz, hohe Erträge und Anlagensicherheit sind mit die wichtigsten Faktoren beim Betrieb von Windenergieanlagen. Damit rückt auch die Zustandsüberwachung von Rotorblättern zunehmend in den Fokus. Weidmüller stellt mit Bladecontrol ein System bereit, welches das Risiko teurer Reparaturen senken und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Windenergieanlage steigern kann.

 (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)
(Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)


Rotorblätter sind einer Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgesetzt. Diese können vom Boden aus nicht sichtbare Blattschäden verursachen, wie z.B. Blattspitzenschäden durch Blitzeinschlag, Hinterkantenrisse, Stegablösungen oder Blattlagerschäden. Die sensible Sensorik von Bladecontrol erfasst daher kontinuierlich den Zustand jedes einzelnen Rotorblattes und nimmt bereits kleine Veränderungen wahr. Das Risiko teurer Reparaturen sinkt und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage steigt dadurch. Bladecontrol kann z.B. bei aktuellen 3-Megawatt-Anlagen schwere Hinterkantenschäden erkennen – und das bereits mehr als ein Jahr, bevor sie sich zeigen. Bei noch schwerwiegenderen Schäden sendet Bladecontrol ein Signal an die Anlagensteuerung, die daraufhin die Anlage sofort stoppen und einen Blattbruch verhindern kann.

Permanente Überwachung

Die Beschleunigungssensoren in jedem Rotorblatt erlauben genaue Messungen – hochsensibel, mehrdimensional und kompakt in einem Modul. Die Daten aus den Rotorblättern führt Bladecontrol in der Nabe zusammen und überträgt sie an die Gondel. Schäden werden erkannt, nach Schwere klassifiziert und die gewonnenen Informationen zur weiterführenden Analyse weitergeleitet. Parallel erfolgt die Übermittlung aller detektierten Schäden an das Weidmüller Monitoring Center. Dort werten Experten die Daten aus und stellen konkrete Handlungsempfehlungen für den Betreiber bereit. Neben direkten Schäden am Rotorblatt erkennt Bladecontrol auch aerodynamische Unwuchten, lose Teile in Blatt und Nabe sowie Pitch-Fehlstellungen. So lassen sich notwendige Reparaturmaßnahmen planen und Folgekosten verringern und vermeiden. Die permanente Überwachung ermöglicht außerdem einen schonenden Betrieb und bildet die Basis für eine Ertragssteigerung sowie eine Laufzeitverlängerung. Betreiber und Betriebsführer können sich jederzeit mit dem Online-Visualisierungstool WebVis über den Rotorblatt- und Anlagenzustand informieren. Eine intuitiv verständliche Ampellogik zeigt den Zustand jedes Rotorblattes an: grün für normale Funktion, gelb für leichte und rot für schwere Schäden. Gleiches gilt für die Eisdetektion: grün für eisfreien Zustand der Anlage, gelb für Eisansatz und rot für die Vereisung und somit den Anlagen-Stopp. Bladecontrol ist seit 2008 als Eisdetektor und seit 2013 auch als Rotorblattüberwachungssystem für Schadenserkennung an Rotorblättern zertifiziert.

Weidmüller stellt mit Bladecontrol ein umfassendes System zur Überwachung der Rotorblätter von Windenergieanlagen bereit. (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)
Weidmüller stellt mit Bladecontrol ein umfassendes System zur Überwachung der Rotorblätter von Windenergieanlagen bereit. (Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG)

Neue Sensoren zur Eisdetektion

Temperaturschwankungen, Kälte und Dunkelheit machen den Winter auf der einen Seite zur Hochsaison für die Stromversorgung. Auf der anderen Seite sorgen sinkende Temperaturen für längere Stillstandzeiten von Windkraftanlagen. Diese schalten automatisch ab, wenn Eissensoren auf der Gondel Vereisungsgefahr signalisieren. Bladecontrol setzt im Gegensatz dazu auf modernste Sensoren zur Eiserkennung und ermöglicht damit die Messung direkt am Rotorblatt. Das System misst den Grad der Vereisung mit einem einfachen physikalischen Prinzip: Der Eisansatz verändert durch sein zusätzliches Gewicht das Eigenschwingungsverhalten des Rotorblattes, dadurch verringert sich die Schwingungsfrequenz. Lösen sich Eisanhaftungen an Blattspitzen mit bis zu 250km/h, können diese bis zu 400m weit fliegen. Behörden verlangen daher eine Abschaltung der Anlagen ab einer Eisdicke von 1,5 bis 2cm. Durch die hochsensible Sensorik und spezielle Auswertungsverfahren erreicht das System eine Messauflösung der Eisdicke im Millimeterbereich. So entsteht keine Gefahr für die Umgebung und kein Risiko, eine Vereisung nicht zu bemerken oder eine nicht vereiste Anlage unnötig außer Betrieb zu nehmen. Bladecontrol erkennt nicht nur, wann Rotorblätter eine kritische Vereisung erreichen – sondern auch, wann die Gefahr vorüber ist. So kann die Windenergieanlage zu jeder Tages- und Nachtzeit automatisch wieder angefahren werden. Der automatische Wiederanlauf ist behördlich anerkannt und von DNV zertifiziert. Weidmüller orientierte sich bei der Entwicklung der neuen Sensorik für die Eisdetektion an vielfältigen Kundenbedürfnissen. So ermöglichen die Sensoren ein einfacheres und sichereres Arbeiten für die Service-Techniker. Das Arbeiten in beengten Blattbereichen entfällt, und es bleibt mehr Raum für Enteisungssysteme im Blattinneren. Vor allem in kalten Regionen verbessert die zuverlässige Eisdetektion in Kombination mit Blattheizungen die Wirtschaftlichkeit von Windparks signifikant.

Neues Design

Durch das neue Design setzt Weidmüller konsequent auf Industriestandards, um flexibler und effizienter zu sein. Durch die Integration der Evaluation Communication Unit (ECU) in die Hub Measurement Unit kann, alternativ zur Funkverbindung, auch eine Einbindung über den Schleifring in die Gondel erfolgen. Einfache Befestigungssysteme (Industriemagnete) sorgen darüber hinaus für eine einfache, schnelle Installation des Systems. Die Umstellung auf DIN-Rail ermöglicht den einfachen Tausch von Komponenten, eine ebenfalls neue Heizung verbessert die Einsatzfähigkeit in kalten Klimazonen. Grundsätzlich kommen überall Standardprodukte aus dem Weidmüller Produktportfolio zum Einsatz, die intensive Tests in den firmeneigenen Laboren durchlaufen haben. Dadurch sind die Anlagen leicht skalierbar und offen für andere Condition-Monitoring-Systeme.

Fazit

Kosteneffizienz und hohe Erträge sind die wichtigsten Faktoren beim Betrieb von Windenergieanlagen. Die kontinuierliche Rotorblattüberwachung mit Bladecontrol erhöht die Anlagenverfügbarkeit und verringert die Wartungs- und Reparaturkosten – die Investition amortisiert sich schnell. Bladecontrol dient als Tool für Neuanlagen im On- und Offshore-Bereich, aber auch ältere Anlagen lassen sich problemlos nachrüsten. Mit ca. 4.300 installierten Systemen und ca. 16.000 Betriebsjahren profitieren Anwender von der langjährigen Erfahrung in den Bereichen Eisdetektion und Condition Monitoring. Ein überzeugendes Argument für Bladecontrol im Bereich der Eis- und Schadensdetektion an Windkraftanlagen.

Weidmüller GmbH & Co. KG
www.weidmueller.de

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