Wie kann es zu Rissen in Blattlagern kommen? Als Ursache werden u.a. Korrosion in den Bohrungen der Blattlager angenommen. Auch Steifigkeitsprobleme oder eine falsche Härtung der Laufbahnen kommen in Betracht. Speziell bei einigen betroffenen Senvion-Anlagen geht man davon aus, dass bis 2012 keine Korrosionsbeschichtungen in den Bohrlöchern vorgenommen wurde. Nach 2012 wurde die Korrosionsbeschichtung teilweise nicht sauber aufgetragen oder es wurden Fehler bei der Produktion und/oder Montage/Errichtung gemacht. Seitdem gibt es eine von Senvion veröffentlichte windtechnische Anweisung (WTA) für verschiedene WEA-Typen des Herstellers Repower/Senvion. Sie sieht eine quartalsweise bzw. halbjährliche Überprüfung der Blattlager zur Auflage für den Betrieb der WEA vor – so genannte visuelle „Quick-Checks“. Diese Quick-Checks stellen allerdings immer nur eine Momentaufnahme dar. Eine konstante Blattlagerüberwachung erhöht die Betriebssicherheit erheblich.
Was sind optische Fasern?
Optische Fasern – auch als Lichtwellenleiter bezeichnet – garantieren in der Messtechnik hohe Präzision und Empfindlichkeit. In Kombination mit einem Sensor bieten sie Vorteile bei der Ermittlung von Temperatur, Druck, Dehnung oder Schwingung. Durch ihre hohe Präzision, Empfindlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen bieten Lichtwellenleiter viele Vorteile. Insbesondere auch in schwierigen oder schwer zugänglichen Umgebungen. Während sich viele Industriezweige die Vorteile von Lichtwellenleitern zu Nutze machen, ist ihr messtechnischer Einsatz in der Windenergie bisher selten. Notwendig geworden war diese Entwicklung durch eine erhöhte Rissanfälligkeit in Blattlagern.
Sicherheit an erster Stelle, Wirtschaftlichkeit an zweiter
So sieht das auch der Hersteller Senvion selbst und hat die stark risikobehafteten Blattlager teilweise mit einem Überwachungs-System ausgestattet. Dieses kann einen Riss indirekt erkennen, wenn durch die auftretende Kraft die Mutter des Blattbolzen bricht. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass das vom Hersteller favorisierte System sehr anfällig ist. Dadurch und durch die notwendigen Entstörungseinsätze entstehen nicht selten zusätzliche Ausfallzeiten. „Speziell bei dem Hersteller Repower/Senvion kann ein nicht erkannter Riss im schlimmsten Fall zur Havarie der Windenergieanlage führen“, berichtet Martin Lassen, Sales Manager Complementary Products & Services bei der Deutschen Windtechnik. „Darüber hinaus kann durch den Rotorblattabwurf zusätzlich der Triebstrang in Mitleidenschaft gezogen werden. Teilweise mussten Windenergieanlagen aufgrund von Turmbeschädigungen komplett rückgebaut werden. Hier bedarf es höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit. Aber auch Wirtschaftlichkeit.“Letzter Punkt zeigt sich vor allem dadurch, dass die ausgestatteten Anlagen bei Fehlermeldung des Hersteller-Systems immer sofort in den Stillstand gehen. Serviceteams müssen anrücken, auch wenn häufig das System selbst und nicht eine Rissbildung verantwortlich war.
24/7 Überwachung der Blattlager mit BBG+
Ganz anders beim neuen Messsystem BBG+. Die Deutsche Windtechnik hat die BBG+-Technik in enger Kooperation mit dem Engineering-Unternehmen eolotec GmbH entwickelt, getestet und zur Marktreife gebracht. „Beim BBG+ handelt es sich um ein Monitoringsystem, das konstant den 360°-Umfang der Blattlagerringe überwacht. Das System erkennt sehr zuverlässig und frühzeitig mögliche Schäden. Mit ihm können wir einen Blattschaden oder eine Havarie verhindern“, beschreibt Martin Lassen. Das BBG+-Messsystem wird autark zur Anlagensteuerung über eine Mobilfunkverbindung betrieben und erfüllt somit die hohen KRITIS-Anforderungen. “Jede Einzelkomponente des BBG+-Systems wird überwacht, so dass eine gezielte Fehleranalyse und schnelle Reparatur durchgeführt werden kann. Herzstück ist die Onlineplattform, in der alle Daten zusammenlaufen und analysiert werden. Durch das Setzen von individuellen Warngrenzen, können Risse schnell erkannt werden.” Die Online-Überwachung wird durch eolotec vorgenommen.
Die Technik macht den Unterschied – BBG+ im Detail
BBG ist die Abkürzung für Blade Bearing Guard. Die Hauptkomponente des BBG+-Messsystems besteht aus einer polyoptischen Faser – dem Lichtwellenleiter. Er wird auf dem kompletten Blattlagerring verklebt, so dass er bei Senvion-Anlagen 360° des Außenringes abdeckt. „Während der Messung wird mittels Laser ein optisches Signal durch den Lichtwellenleiter geführt. Im Vergleich zur elektrischen oder mechanischen macht diese optische Messung die Übertragung unanfälliger gegenüber äußeren Einflüssen“, erklärt Martin Lassen. So kann das optische Signal in Verbindung mit der am Blattlager montierten Sensoreinheit und der BBG+-Centerbox auftretende Risse im 1/10-Millimeter-Bereich detektieren. Durch eine Erweiterung mit induktiven Sensoren können auch Verschleiß oder Laufbahnschäden mit dem BBG+-Messsystem frühzeitig festgestellt werden. Innovativ ist die Signal- und Energieübertragung gelöst worden: Der Sensor auf dem Außenring wird durch eine induktive WPT (Wireless Power Transfer) Ladeeinheit mit Energie versorgt. Die Messwerte werden durch Bluetooth an die BBG+-Centerbox übertragen. „Die konstante, hohe und zuverlässige Messgenauigkeit ermöglicht, dass die WEA mittels Monitoring kontrolliert weiterbetrieben werden kann. Der Austausch eines Blattlagers kann somit proaktiv geplant werden“, hebt Martin Lassen hervor. Die Anlage kann in der Regel bis zum Austausch weiterlaufen und Strom produzieren. Sie muss nicht gleich stillgelegt werden, wie es beim System des Herstellers der Fall ist.
Je nach Stand möglicher Rissbildung gibt es zwei Spezialisierungen: BBG+R (Rupture) und BBG+I (Inductive). Martin Lassen: „Das BBG+R wird zur proaktiven Überwachung am gesamten Blattlagerring montiert, das heißt wenn ein Riss noch nicht bekannt ist. Das BBG+I hingegen findet Anwendung, um einen bereits erkannten, vorhandenen Riss zu überwachen. Die Überwachung findet sehr genau im 1/100 Millimeter Bereich statt. Dabei werden bis zu drei zusätzliche Messsensoren im Rissbereich angebracht. Um die Restlaufzeit des defekten Blattlagers zu erhöhen, wird bei einem erkannten Riss darüber hinaus eine Versteifungsplatte installiert. Beides ermöglicht, dass die Anlage trotz Riss weiterbetrieben werden kann.“
Die wichtigsten Vorteile des BBG+ für Betreiber*innen
Vorbeugung größerer Schäden, wie z.B. Rotorblattabwurf und Unfälle.
Vermeidung von Ausfallzeiten und Ertragsverlusten.
Das System wird 24/7 via Fernwarte überwacht.
Reset des Systems per Fernwarte möglich.
Keine Anlagenstillstände durch falsche Fehlermeldungen.
Nach Rissbildung: Weiterbetrieb ist eine Option!
Das System wurde von DNV zertifiziert.
Welche Anlagen sind betroffen, wie hoch sind die Kosten?
Im Feld treten an unterschiedlichsten Anlagentypen und Herstellern Blattlagerschäden auf. Die höchste Risikoklasse haben Windkraftanlagen, bei denen die Außenringe der Blattlager mit den Rotorblättern verbunden sind. Diese stehen im Fokus. „Bei der Deutschen Windtechnik betrifft das alle Senvion-Anlagen mit dem genannten Kriterium, die wir in Deutschland unter Vollwartung betreuen. Diese werden sukzessive von uns in den nächsten Monaten mit BBG+-Systemen ausgestattet. Wir wollen da ganz auf der sicheren Seite sein“, gibt Martin Lassen Einblick in die interne Vorgehensweise bei der Deutschen Windtechnik. International ist die Installation in Vorbereitung: Der Start in Polen läuft gerade an. Verfügbar ist das System für Senvion-Anlagen der Typen MM, 3.XM sowie 5M und 6M. Das Alter der Blattlager, der Blattlagerhersteller und Standort hingegen spielen keine Rolle, d.h. jede dieser Anlagen kann betroffen sein. „Aufgrund des Risikoprofils der Blattlager und der zahlreichen Vorteile des Systems im Vergleich zum Hersteller-System empfehlen wir dringend, alle WEA dieser Typen mit unserer zertifizierten BBG+R Blattlagerüberwachung auszustatten. Die Kosten umfassen einen einmaligen pauschalen Anschaffungspreis, der das BBG+-System und den Einbau beinhaltet. Im Betrieb fallen überschaubare jährliche Kosten für das Monitoring an. Diese Investition ist minimal im Vergleich zu einer möglichen Havarie oder längerfristigem Stillstand aufgrund eines defekten Rotorblattes“, ordnet Martin Lassen ein.
Ausblick
Aufgrund immer größer werdender Rotorblätter sehen wir, dass bei den Multimegawatt- Anlagen auch bei anderen Herstellern Schäden an Blattlagern auftreten. „Wir haben uns die passenden Tools zur Überwachung geschaffen“, erklärt Silvio Matysik, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung für die mechanischen Komponenten bei der Deutschen Windtechnik. „Wir arbeiten parallel an der Nutzung innovativer neuer Blattlagerkonzepte sowie an Austauschlösungen für Blattlager, um Kosten zu reduzieren. Zusätzlich werden gerade die nächsten Schritte unternommen, um auch Strukturbauteile, wie zum Beispiel Maschinenträger, Türme und Rotorblätter auf Risse überwachen zu können. Dabei sind Überwachungslängen zwischen 100 bis 200m im Gespräch.“
Wollen Sie mehr über das BBG+ wissen oder ein Angebot erhalten?
Martin Lassen gibt Ihnen gerne Auskunft: m.lassen@deutsche-windtechnik.com
Oder schauen Sie auf unserer BBG+ Seite vorbei: Mehr zur Blattlagerüberwachung (BBG+R)
