Rotorblatt Inspektion

Transkript

1 Rotorblatt Inspektion Eine sinnvolle und effiziente Grundlage für einen zuverlässigen Anlagenbetrieb Jürgen Schamo Wölfel Beratende Ingenieure GmbH + Co. KG, Germany Windenergietage 2015 Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 1

2 Kompakt: Experten für Schwingungen Schwingungen Strukturmechanik Akustik Ingenieur- Dienstleistungen Systeme + Software 80+ Mitarbeiter 800+ Projekte / Jahr für Mittelstand und Industrie in Europa + international Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 2

3 Standorte Büro Hamburg Büro Bremen Büro Berlin Micromega Fernelmont (B) Hauptsitz: Höchberg bei Würzburg Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 3

4 Experten für Schwingungen Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 4

5 Leistungen für die Windenergie Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 5

6 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 6

7 Kostenkalkulation Offshore: Schaden versus Inspektion Kosten Rotorblatt Produktionskosten (60 m): 250 T Normalerweise müssen drei Blätter ersetzt werden 750 T Logistik Kosten Blattersatz Einsatz Errichterschiff 100 T / Tag Addiert sich schnell auf > 500 T Produktionsverlust Blatt-Tausch sehr abhängig von der Wetterlage! Tarif Einspeisung (Deutschland) offshore 13 ct / kwh 5 MW Turbine: 650 / 330 Volllaststunden pro Monat ( pro Jahr) Produktionsverlust pro Monat 214 T Gesamtkosten Kalkulationsbeispiel > T Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 7

8 Kostenentwicklung Je später die Identifikation des Fehlers, desto kostenintensiver wird dessen Beseitigung. Design Herstellung Laufender Betrieb Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 8

9 Betreibernutzen - Betreiberverantwortung Je früher der Betreiber den Prozess überwacht, desto höher ist die Kostenersparnis Herstellung Montage Laufender Betrieb Third Party Inspection (TPI) und Final Inspection (FAT) Prozess-Audit Prozess-Überwachung Dokumentenprüfung Endabnahme der Rotorblätter Endabnahme der Rotorblätter vor der Montage Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 9

10 Kostenkalkulation Offshore: Schaden versus Inspektion Kosten Rotorblatt Produktionskosten (60 m): 250 T Normalerweise müssen drei Blätter ersetzt werden 750 T Logistik Kosten Blattersatz Einsatz Errichterschiff 100 T / Tag Addiert sich schnell auf > 500 T Produktionsverlust Blatt-Tausch sehr abhängig von der Wetterlage! Tarif Einspeisung (Deutschland) offshore 13 ct / kwh 5 MW Turbine: 650 / 330 Volllaststunden pro Monat ( pro Jahr) Produktionsverlust pro Monat 214 T Gesamtkosten Kalkulationsbeispiel > T Jede Third Party Inspection (TPI) rechnet sich spätestens mit dem ersten verhinderten Rotorblatt-Tausch! Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 10

11 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Quelle: Badische Zeitung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 11

12 Druckfestigkeit [N/mm²] Ondulationen / Faltenbildung Definition: welliger Faserverlauf innerhalb des Laminats Druckbelastung verursacht interlaminares Schubbeulen in der Ondulationen: Wegen der reduzierten Steifigkeit der jeweiligen Fasern wird die Last vorwiegend durch die Matrix übertragen. Bei Überlastung der Matrix entsteht Zwischenfaserbruch. Lokale Disorientierung der Fasern [ ] F F (Quelle: Schürmann H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden) Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 12

13 Delamination Definition: Trennung einzelner Laminatlagen im Laminataufbau Interlaminare Schubspannung unter oszillierender Last führt zu zunehmender Delamination. F F Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 13

14 Lufteinschlüsse im Laminat Definition: Lufteinschlüsse im Laminat (= stellenweise fehlende Matrix) Bei Druckbelastung beulen sich die Fasern und brechen in den matrixfreien Raum. Die gebrochenen Fasern vermindern lokal die Zugfestigkeit. F F Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 14

15 Produktionsfehler Massives Auftreten von Ondulationen (Anzahl und Größe) im Laminat. Die Ondulationen gehen durch die komplette Materialstärke. Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 15

16 Produktionsfehler Delamination am Rotorblatt: Detektiert bei der Endabnahme durch Akustikprüfung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 16

17 Produktionsfehler Abgeschliffenes Laminat und freiliegendes Kernmaterial: keine Lastübertragung => Feuchtigkeit kann in das Material eindringen und es schädigen Der Stegflansch sollte vollflächig verklebt sein => kein homogener Kraftfluss => mögliche Stegablösung durch Spannungsspitzen in der Verklebung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 17

18 Fakt ist: 4 von 5 Fehlern im laufenden Betrieb haben ihre Ursache im Herstellungsprozess Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 19

19 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 20

20 Elemente der TPI Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 21

21 Elemente der WKP Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 22

22 Dokumentation und Datenanalyse Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 23

23 Dokumentation und Datenanalyse Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 24

24 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 25

25 Heute WKP alle 2-4 Jahre Dazwischen keine weitere Überwachung Ein Monitoring System schließt diese Lücke Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 26

26 Heute SHM.Blade 4) Nacelle -DPU (Data Processing Unit) * damage detection * ice detection * imbalance detection -Interface to WT Controller * EOC data from WTC * Indicators to WTC Ethernet slip ring wireless bridge ) Hub DAU (Data Acquisition Unit) 2) Blade root CB (Connection Box) 1 1) Blades: SNS (Structural Noise Sensor) Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 27

27 Heute SHM.Blade Example of early rotor blade damage detection Damage with the girder Failure with fast growing rate was detected Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 28

28 Heute WKP Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 29

29 und Morgen: Unser Konzept WKP Monitoring TPI Intelligentes Rotorblatt-Monitoring - Blattspezifisch- Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 30

30 Expertise TPI/WKP Auditierung von o o o o o Produktionen dreier großer Dänischer Turbinen- bzw. Blatthersteller Produktion eines deutschen Blattherstellers Produktion eines Brasilianischen Rotorblattherstellers Continous Improvement Management bei einem Dänischen Turbinenhersteller Prozess Monitoring und Endabnahme o Rotorblätter des Offshore Windparks Nordsee Ost (48x Senvion 6.2M) o Rotorblätter Windpark Meerwind SüdOst (80x Siemens SWT 3.6/120) o Rotorblätter Windpark Baltic 2 (80x Siemens SWT 3.6/120) o Wiederkehrende Prüfungen in o o o o o Schweden Kanada Deutschland Polen Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 31

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wölfel Beratende Ingenieure GmbH + Co. KG Max-Planck-Str Höchberg Germany Tel.: Fax: wbi@woelfel.de Dipl.-Ing. Jürgen Schamo Kunststofftechnik Tel.: schamo@woelfel.de Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 32