"Entwicklungstendenzen in der Windbranche und Innovationen in der Anlagenmesstechnik Dipl.-Phys. Holger Fritsch, Geschäftsführer der Bachmann

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1 "Entwicklungstendenzen in der Windbranche und Innovationen in der Anlagenmesstechnik Dipl.-Phys. Holger Fritsch, Geschäftsführer der Bachmann Monitoring GmbH Dipl.-Phys. Thomas Iwert Monitoring Technologies Research, Bachmann Monitoring GmbH in Rheinsberg November 2013

2 Inhalt: 1 Bachmann in Kürze 2 Status Quo von Condition Monitoring Systemen Entwicklungstendenzen von CM-Systemen 3 Innovative Messtechnik (Turm, Rotorblätter, Triebstrang, elektrisches System) 4 Professionelle Implementierung neuer messtechnischer Lösungen in bestehende WEA ein Beispiel 5 Prozessvisualisierung / SCADA ein Ausblick Bachmann Monitoring GmbH Seite 2

3 Bachmann in Kürze Headquarter Feldkirch (Österreich) Entwicklungs- und Produktionsstandort Über 450 Mitarbeiter 19 Nationalitäten 20 Standorte in Europa, USA, China und Indien Führendes Hightech-Unternehmen für Automatisierungslösungen Mehr als installierte Applikationen in der Windbranche weltweit Bachmann Monitoring GmbH Seite 3

4 Bachmann Monitoring - Timeline 1998 Gründung als µ-sen GmbH 2001 Einstieg in die Windbranche 2006 CMS-Remote Service 2008 GL - Zertifizierung (Foto:AREVA Multibrid/Jan Oelker 2009) 2010 erste Offshore- Applikationen (Alpha Ventus)) 2011 Merger Bachmann 2012 Weltweit erste Zertifizierung eines integrierten CMS Bachmann Monitoring GmbH Seite 4

5 Bachmann Monitoring CMS: Referenzen und Fakten Mehr als 12 Jahre Erfahrung im Windenergiebereich und CM N 1 unter den nicht herstellergebundenen CMS-Anbietern CMS in WEA s von mehr als 20 verschiedenen Herstellern CMS in ca WEA davon ca durch Bachmann überwacht CMS in Europa, USA, China und Indien Weltweit erstes zertifiziertes steuerungsintegriertes CMS Bachmann Monitoring GmbH Seite 5

6 Status Quo von Condition Monitoring Systemen und Entwicklungstendenzen von CM-Systemen

7 Windenergieerzeugung und Monitoring WEA: Gegenwärtig technisch problembehaftete Systeme Ursachen: relativ junge Technologie, immer noch neue Herausforderungen z.b. Offshore und neue Multi-Megawatt-Anlagen schnelle Skalierung der Anlagengrößen / Leistungsklassen (kaum Revisionszyklen zur Fehlerminimierung) unzureichende Kenntnis der realen Betriebsverhältnisse (REALE LASTEN?) Modelle bilden Realität nur unzureichend ab Auslegungsmängel Bachmann Monitoring GmbH Seite 7

8 Status Quo von Condition Monitoring Systemen (CMS) Aktueller Stand der Technik ist ein reines Schadens- Monitoring (z.b. mit CMS für den Triebstrang) Fehlerursachen werden im Allg. nur unzureichend erkannt und behoben Komponenten verschleißen (weit) vor der Auslegungsdauer ( Jahre) (z.b. Triebstrangkomponenten)! Status Quo: Reagieren statt Agieren! Bachmann Monitoring GmbH Seite 8

9 CMS- statistische Fehlerauswertung Statistisch ist ca. jede 10. überwachte Anlage von einem relevanten Schaden betroffen. Steigerung der technischen Verfügbarkeit um durchschnittlich 1,3 % nach der CMS-Installation Durch CMS detektierte Schäden von * Auswertung bis August 2013 Jahr Überwachte WEA* (nur Deutschland, ohne OEM) div. Getriebe Generator DE Generator NDE Hauptlager Σ % ,69% ,83% ,74% ,66% ,44% ,55% ,99% 2013* ,46% Bachmann Monitoring GmbH Seite 9

10 Innovative Messtechnik Turm, Rotorblätter, Triebstrang

11 Neue Anforderungen an CM-Systeme Allgemeines Ziel: Erhöhung der Gesamtwirtschaftlichkeit der Windenergieerzeugung Senkung der Investitions- bzw. Herstellungskosten Senkung der Instandsetzungsaufwendungen und Betriebskosten Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer, Steigerung des Energieertrages, optimierter Anlagenbetrieb durch sensorgeführte Steuerung Vereinfachte Nachweisführung (z.b. Betriebsfestigkeitsnachweis über ein sensordaten-gestütztes Lebensdauermodell Restlebensdauer) Bachmann Monitoring GmbH Seite 11

12 Motivation für neue CM-Konzepte Gesamtwirtschaftlichkeit Verschleißmonitoring verhindert Folgeschäden planbarer Stillstand verbesserte Logistik akkumulierte Lasten Restlebensdauerabschätzung Prognosen Gesamtwirtschaftlichkeit Erfassen kritischer Lasten u. Betriebszustände schafft Wissen, bessere Modelle Last- und Leistungsoptimierte Regelung der Anlage Betrieb im Rahmen der Spezifikation Gesamtwirtschaftlichkeit + konstruktive Auslegung, Lebenszyklus 20a / 25a Bachmann Monitoring GmbH Seite 12

13 Neue Anforderungen an CM-Systeme Umsetzung durch Lastregelung 1. Abbildung der tatsächlichen maschinendynamischen Zustände Erfassung der realen Betriebslasten / Bewegungen aller Komponenten einer Anlage durch zusätzliche sensorische Subsysteme (Rotor / Triebstrang / Turm / Gründung) Schafft neue Wissensbasis 2. Ableiten von Regelgrößen und Regelmodellen Ermitteln von geeigneten Last- und Zustandsgrößen zur bedarfsgerechten Anlagenregelung Ermöglicht last- und leistungsoptimierten Anlagenbetrieb! Bachmann Monitoring GmbH Seite 13

14 Baustein: Neue CM-Module und CM-Funktionalitäten Turmmonitoring Lasten, Struktur Rotorwellenverlagerung am Getriebeeingang bei Notstopp Bachmann Monitoring GmbH Seite 14

15 Neue CM-Module und CM-Funktionalitäten Erfassung der realen Betriebslasten / Bewegungen aller Komponenten einer WEA durch zusätzliche sensorische Subsysteme (Rotor / Triebstrang / Turm / Gründung) Bausteine: RBL-Monitoring Lasten, Struktur, Fehlstellung, Eis (erfassen / beeinflussen Querkräfte, Lasten, Ertrag) Unwuchtdetektion verbesserte Windnachführung (Einfluss auf Querkräfte, Ertrag) Lastmonitoring Triebstrang Bewegungsverhalten der Hauptkomponenten Turmmonitoring Lasten, Struktur Bachmann Monitoring GmbH Seite 15

16 Baustein: Neue CM-Module und CM-Funktionalitäten Lastmonitoring Triebstrang Bewegungsverhalten der Hauptkomponenten z.b. radialer, axialer und Winkelversatz von Hauptkomponenten z.b. Orbitalanalysen Bachmann Monitoring GmbH Seite 16

17 Bausteine: Neue CM-Module und CM-Funktionalitäten RBL-Monitoring Lasten, Struktur, Fehlstellung, Eis (erfassen / beeinflussen Querkräfte, Lasten, Ertrag) Anemometersensor - verbesserte Windnachführung (Einfluss auf Querkräfte, Ertrag) Bachmann Monitoring GmbH Seite 17

18 Professionelle Implementierung neuer messtechnischer Lösungen in bestehende WEA

19 CM-Systeme in der Nachrüstung- Implementierung Logistische Herausforderung: In nur wenigen Monaten sollen durch Bachmann WEA weltweit nachgerüstet werden. PDF Smartphone Applikation Word DOC Datenbank Excel Tabelle Bachmann Monitoring GmbH Seite 19

20 Installationsanweisung für CMS in der Nachrüstung Allgemeine Installationsanweisung + Anlagenspezifische Installationsanweisung Bachmann Monitoring GmbH Seite 20

21 Realisierung der CMS Nachrüstung Installation durch professionelle Servicepartner Bilder: Availon Quelle: ON-Service Nov Bachmann Monitoring GmbH Seite 21

22 Prozessvisualisierung / SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) und Schnittstellen ein Ausblick atvise - Object Of The Web Age.

23 Mit reiner Webtechnologie HMI (Humen Machine Interface) überall nutzbar Überall verfügbar Ganz ohne Installation In jeder Home Control Room Touch Zukunftssicher: Eine 20 Jahre alte Web Seite funktioniert auch heute noch. Ein Gerät der Zukunft ohne Webbrowserzugang? Unvorstellbar! Leistungsstark dank Vektorgrafik (SVG): Bessere Optik (Gradienten, Transparenz,...) Verlustfreie Skalierung für alle Auflösungen Höchste Performance (1,5x schneller als proprietäre Systeme) Nahtlose Kombination mit Webdiensten (GIS, Informationsdienste,...) Mehrsprachig Die ganze Welt surft im Web. Bachmann Monitoring GmbH Seite 23

24 WPS (Wind Power SCADA) mit HMI für CBM (Condition-Based Maintenance) Wir befinden uns derzeit am Anfang eines neuen Technik-Innovationszykluses Company / Global Regions Regions Parks Parks Turbines Ext. Systems Turbine & Substation Bachmann Monitoring GmbH Seite 24

25 Nutzergruppen SCADA & HMI -> CBM Public (Gast / Foyer /...) WEB Extern View Tagesabhängig Intern Command EVU (Extern) Zeitabhängig Betreiber (Operator) Ortsabhängig Service & IT (int./ext. temp./perm.) Hersteller (OEM / Lizenz) Eigentümer (bzw. Management) Bachmann Monitoring GmbH Seite 25

26 In reiner (!) Webtechnologie Rein: Formate die jeder Webbrowser ohne Zusätze versteht. z.b. mit atvise von CERTEC programmieren Typischerweise von der W3C (WWW Consortium) vorgegeben: HTML (Texte, Bitmaps, Forms) SVG (Scalable Vector Graphics) http Protokoll JavaScript Von führenden Unternehmen gestützt: Google, Apple, Microsoft, Nokia,... Bachmann Monitoring GmbH Seite 26

27 Fazit und Ausblick Zukünftig wird das bisherige Condition Monitoring durch ein umfassenderes Condition-Based Maintenance (CBM) Konzept erweitert Last- und Leistungsoptimierte Regelung der WEA ermöglicht den Betrieb der WEA im Rahmen ihrer Spezifikation und damit die Ausschöpfung des konstruktiven Lebensdauervorrates Die messtechnische Erfassung von Lasten und den daraus resultierenden Größen erlaubt die Nutzung neuer Funktionen für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der WEA Die konsequente Einführung neuer Kommunikationstechnologien (z.b. OPC UA) erlaubt eine universelle Nutzung unterschiedlicher Datenquellen IEC (Communications for monitoring and control of wind power plants) und RDSPP usw.) bilden u.a. wichtige Grundlagen für ein erfolgreiches CBM Bachmann Monitoring GmbH Seite 27

28 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bachmann Monitoring GmbH Weimarische Str Rudolstadt Tel: / Fax: / Bachmann Monitoring GmbH Seite 28

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