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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"


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

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