+49 (0) 421 9600-10
25.7.2017 - Jann Raveling

Mit Schwingungsmessungen die Anlagenlaufzeit verlängern

Windenergie
wpd windmanager untersucht Schäden am Fundament einer Windkraftanlage

Mobil und schnell aufgestellt: Das Fundamentmesssystem stellt Schäden an Windenergieanlagen fest
Mobil und schnell aufgestellt: Das Fundamentmesssystem stellt Schäden an Windenergieanlagen fest © wpd windmanager

Eine Windkraftanlage trotzt im Laufe ihres Lebens Wind und Wetter. Die hohen Belastungen können zu Schäden am Fundament führen, welche den Weiterbetrieb der Anlage gefährden. Um rechtzeitig gegenzusteuern, hat die bremische wpd windmanager GmbH & Co. KG ein Verfahren zur Schwingungsmessung entwickelt und bereits erfolgreich eingesetzt.

Bei einer Windkraftanlage (WKA) wirken die größten Kräfte an der Spitze – dort, wo das Maschinenhaus und die Rotorblätter auf dem Turm sitzen. Wie bei einem Hebel verstärken sich alle Belastungen, die durch den Winddruck oben entstehen, nach unten um ein vielfaches. Betonfundamente von WKA müssen daher enormen Kräften standhalten. Sie wiegen tausende Tonnen und können Durchmesser von bis zu 30 Metern erreichen.

Bei vielen älteren Anlagen wurde als Verbindung zwischen Turm und Fundament ein Stahlsegment in Beton gegossen, man spricht hier von sogenannten „Fundamenteinbauteilen“. Diese WKA wurden verstärkt bis 2012 gebaut und machten teilweise bis zu 40 Prozent aller Landanlagen aus. „Im Laufe ihrer 20-jährigen Lebenszeit kann die Belastung durch den Wind bei diesen Anlagen zu Schäden am Fundament führen – Fundament und Turm lösen sich voneinander“, weiß Kai Mahnert, Technisches Management bei der Betriebsführungsgesellschaft wpd windmanager. Im schlimmsten Fall führt das zu Schäden an der Anlage bis hin zur zwangsweisen Stilllegung. Damit das nicht passiert, hat wpd windmanager ein Messsystem entwickelt, dass Schäden frühzeitig feststellt.

Die Sensoren sind an einem Stativ befestigt, um optimale Messergebnisse zu gewährleisten
Die Sensoren sind an einem Stativ befestigt, um optimale Messergebnisse zu gewährleisten © wpd windmanager

Fundamentmesssysteme verlängern Lebenszeit

Das Unternehmen aus Bremen führt Windparks technisch und kaufmännisch. Es sorgt für die regelmäßige Wartung, den ordnungsgemäßen Betrieb und übernimmt für den Betreiber die steuerliche und finanzbuchhalterische Abrechnung. „In der Regel ist es sowohl in unserem als auch im Kundeninteresse, einen Windpark möglichst lange zu betreiben“, sagt Mahnert. Erkennen Verantwortliche Schwingungsschäden frühzeitig, kann das Fundament kostengünstig und schnell repariert werden. Ist es zu spät, hilft nur noch eine teure Sanierung, die schnell im sechsstelligen Bereich landet.

Die Schadenserkennung nutzt nicht nur während der typischen 20-jährigen Lebenszeit einer Anlage, sondern auch danach: Wenn der Betreiber die Lebensdauer verlängern möchte, kann er dank des wpd windmanager-Messsystems Behörden eine wichtige Dokumentation zum störungsfreien Betrieb der Anlage hinsichtlich der Fundamente an die Hand geben.

Aus diesen Gründen entschied sich das Unternehmen 2008, mit der Entwicklung eines eigenen Messsystems für Schwingungen am Fundament zu beginnen. Zwar gab es bereits ähnliche Systeme am Markt, aber mit einem eigenen System wäre wpd windmanager in der Lage, so die Überlegung der Ingenieure, eine zweite Meinung zu liefern.

Kai Mahnert, Technisches Management bei der Betriebsführungsgesellschaft wpd windmanager
Kai Mahnert, Technisches Management bei der Betriebsführungsgesellschaft wpd windmanager © wpd windmanager

Messungen in horizontaler und vertikaler Richtung

Nach ersten Versuchen stellten Ingenieure 2010 den Prototyp fertig und verbesserten ihn seither immer weiter, mit dem letzten großen Update 2015. Das System besteht aus drei Messstativen, die um jeweils 90 Grad versetzt am Fundament aufgebaut werden. Linearsensoren, die lose mit dem Turmfuß verbunden sind, messen während eines typischen Belastungszyklus (vom Normalbetrieb mit einer Windgeschwindigkeit von mindestens 5 bis 6 m/s bei 1600 U/min bis zum vollständigen Stopp der Anlage) die Schwingungen vom Turm. Die Instrumente nehmen dabei Bewegungen in horizontaler und vertikaler Richtung auf. „Viele andere Systeme messen nur vertikal. Dabei ist die Horizontalbewegung eine wichtige Kenngröße, um das ganze Schadensausmaß feststellen zu können“, so Mahnert. Typischerweise werden dabei Bewegung im Millimeterbereich aufgenommen – Bewegungen bis 1 mm sind unproblematisch, bei größeren Auslenkungen ist ein genauerer Blick und eine regelmäßige Überwachung der Anlage bis zu zweimal jährlich angebracht.

Einen ersten Eindruck der WKA erhalten die Techniker gleich bei der Messung vor Ort. Computergestützt werden die Daten zu einer Simulation zusammengefasst, die genaue Auskunft über das Schwingungsverhalten der Anlage gibt.

Umfassender Service bei Sanierungsfällen

Muss Hand an das Fundament gelegt werden, übernimmt wpd windmanager die Koordination der Bauarbeiten. Dank eigenem Equipment wie Schaltstationen oder Kabelmesswagen versuchen die Techniker und Mechaniker die Anlagenstillstandzeit so gering wie möglich zu halten. Abhängig vom Grad der Beschädigung wird bei der Sanierung beispielsweise eine Zementsuspension in die entstandenen Risse gepresst, der für die nötige Standsicherheit sorgt. Für Mahnert und seine Kollegen gibt es dabei noch genügend Arbeit: Bei einer voraussichtlichen/kalkulierten Lebenszeit von 20 Jahren werden einige der Anlagen mit Fundamenteinbauteilen erst 2032 ins Rentenalter kommen – oder dank des Messsystems noch für einige Zeit in die Verlängerung gehen.


Weitere Unternehmen der Windkraftbranche finden Sie in unserem Artikel "Zehn Windkraftunternehmfen aus Bremen und Bremerhaven"


Weitere Artikel zur Windenergie auch auf unserer Themen-Übersichtsseite


Näheres zu Förderprogrammen für die Windkraft gibt es bei Dieter Voß, Tel.: 0421 361-32175, dieter.voss@wah.bremen.de.

Digitalisierung / Industrie 4.0
10.10.2017
Industriekletterer nun auch digital gesichert

Industriekletterer sind überall dort gefragt, wo es in die Höhe geht. Die Bremer Rope Access Solutions unternimmt nun auch digitale Höhenflüge: Durch die Bremer Beratungsförderung zur Digitalisierung konnte sich das Unternehmen Fördermittel für ein Digitalprojekt sichern. Zusammen mit den IT-Spezialisten von HEC heißt es nun: Auch digital ist alles sicher.

Windenergie
15.08.2017
Windenergiepionierin Irina Lucke: „Gemeinsam Höhen und Tiefen meistern!“

Irina Lucke ist seit Dezember 2016 Vorstandsvorsitzende der Windenergie-Agentur WAB e.V. Für ihre Amtszeit hat sich die Unternehmenschefin und Offshore-Pionierin klare Ziele gesetzt: Die Energiewende vorantreiben und Ausbauziele erhöhen. Wie sie das schaffen will, verrät sie in unserem Interview.

Internationales
20.07.2017
Offshore-Windenergie: Bremen goes East, Taiwan goes West

In 2025 soll rund 20 Prozent der in Taiwan benötigten Elektrizität aus Erneuerbaren Energien gewonnen werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Offshore-Windenergie. Auf der Suche nach kompetenter Unterstützung reiste eine taiwanesische Delegation daher nach Bremen und wurde überrascht, wie viele Parallelen es in der Entwicklung gibt – nur sind Bremen und Deutschland Taiwan um gut 15 Jahre voraus.

Internationales
15.06.2017
DEME: Fokus Offshore von Bremen aus

Hohe See, Merkur oder Borkum Riffgrund 2: GeoSea ist am Bau der größten Offshore-Windparks in der deutschen Nordsee beteiligt. Projekte, die aus einer Partnerschaft mit Hochtief hervorgegangen sind und die die deutsche Tochter der belgischen DEME Gruppe aus gutem Grund von Bremen aus betreut.

Windenergie
24.05.2017
10 Windenergieunternehmen in Bremen – von hier weht der Wind!

Bremen ist Pionierland der Windenergie. Insgesamt 120 Unternehmen haben sich hier angesiedelt. Sie bilden die gesamte Produktionskette ab – von Planung und Finanzierung über die Produktion bis hin zu Services. Wir zeigen anhand von zehn Firmen, was die Windenergie in Bremen alles kann.

Windenergie
31.03.2017
Das Windrad zum Nachbau – wie Horst Crome die Welt mit Windenergie versorgt

Professor Horst Crome ist einer der Pioniere der Windenergie. Tausende seiner KUKATE-Windenergieanlagen versorgen ländliche Gegenden in aller Welt mit Strom und Wasser. Mit seinen 72 Jahren denkt er noch lange nicht ans Aufhören – und hat viele Ideen für die Nutzung von Wasser, Wind und Sonne.

Windenergie
14.02.2017
Bergsteiger auf hoher See

Hauptsache schwindelfrei! Die meisten der Stahlbau- und Schweißspezialisten der mh² offshore GmbH aus Bremerhaven haben eine Zusatzausbildung als Industriekletterer. Sie sind zur Stelle, wenn es selbst an der Küste gewaltige Höhen zu überwinden gibt – zum Beispiel bei Arbeiten an Offshore-Windkraftanlagen.

Windenergie
31.01.2017
Wartungskosten in der Offshore-Windkraft senken mit preInO

Die Instandhaltung macht bis zu 25 Prozent der Gesamtkosten eines Offshore-Windparks aus. Das Forschungsprojekt preInO möchte diese Kosten nun reduzieren mittels Methoden künstlicher Intelligenz und automatischer Selbstorganisation. Wie Forscher aus Bremen die Offshore-Windenergie günstiger machen

Windenergie
10.01.2017
Förderprojekt in der Windenergie: Neues Flügel-Konzept reduziert Lasten

Dank neuem Rotorblattdesign zu leichteren und kostengünstigeren Windkraftanlagen: Wie ein Bremer Forschungsprojekt mithilfe der WFB und Förderung aus dem Programm für anwendungsnahe Umwelttechniken die Windenergiebranche revolutionieren will.

Digitalisierung / Industrie 4.0
13.09.2016
Zwischen Weltall, Wind und Welle: Kommunikation in Offshore-Windparks

Offshore-Windparks entstehen dutzende Kilometer vor der Küste. Dorthin reichen kein Handynetz und keine Internetverbindung. Das Projekt Com4Offshore will dies ändern und die Projektkommunikation vereinfachen. Dazu nutzt es Cloud- und Satellitendienste, um alle Beteiligten in Echtzeit zu vernetzen.

Windenergie
30.08.2016
Rotorblatt-Inspektion auf 6 Uhr

Mit einem kompakten Kamerasystem machen die Bremer Unternehmen REETEC und Gullyver die Inspektion von Offshore und Onshore-Windenergieanlagen effizienter. Kai Jäger und Sebastian Anders erklären, wie das funktioniert.

Windenergie
02.08.2016
BladeMaker - Hände für Fertigungsroboter kommen aus Bremen

Im Projekt BladeMaker arbeiten Wissenschaftler daran, die Fertigung von Rotorblättern für Windkraftanlagen zu automatisieren. Eine Forschungsgruppe am Bremer BIK übernimmt dabei die Entwicklung der Hände des Roboters.

Windenergie
28.06.2016
Monopiles vibrieren und nicht rammen – Tests zum Nachweis der Tragfähigkeit

Für den Betrieb von Windkraftanlagen ist es wesentlich, Tragfähigkeit und Lebensdauer der Bauteile zu kennen. Die Bremer Firma GEO-ENGINEERING hat ein Verfahren entwickelt, diese zu bestimmen. Im Gespräch erläutern Professor Tobias Mörz und Diplom-Ingenieur Benjamin Ossig die Neuartigkeit der Methode – und was sie außerdem erforschen.

Maritime Wirtschaft und Logistik
14.06.2016
Belieferung von Onshore-Windparks aus dem Neustädter Hafen

Der Umschlag von Stückgut über den Neustädter Hafen hat in den vergangenen Monaten deutlich zugenommen. Dazu trägt auch die Energiewende bei: Insbesondere die Verladung von großen Bauteilen für Windparks sorgt dafür, dass in vielen Nächten Schwertransporte den Hafen verlassen. Dafür sorgen auch die verbesserten Rahmenbedingungen im Land Bremen.

Windenergie
03.05.2016
Offshore-Windenergie – was die Forschung leisten muss

„Digitalisierung bei Betrieb und Instandhaltung von Offshore-Windparks“ lautete die Überschrift der Innovationswerkstatt am 07. April 2016 im BITZ. Vertreter aus Industrie und Forschung trafen sich um gemeinsam an den Optimierungspotenzialen der Branche zu arbeiten.

Windenergie
18.04.2016
Windenergie-Start-up evoblade: Angewandte Forschung und Gründergene

Mit Luftströmen kennt Dr.-Ing. Frank Kortenstedde sich bestens aus. Innerhalb der Dissertation hat der 44-Jährige erste Ansätze für ein innovatives Strömungselement entwickelt, das mittlerweile Kern des Start-ups evoblade ist. Seit 2014 feilt er mit drei weiteren Mitstreitern an der Unternehmensidee. Im kommenden Jahr gehen die Ingenieure an den Markt.