Weiterbetrieb von Windenergieanlagen

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1 Weiterbetrieb von Windenergieanlagen ohne Lastsimulation geht es nicht! 26. Windenergietage / Warnemünde Dipl.-Ing. Christian Kasubek Tel.: +49 (30) /

2 Ablauf Kurzvorstellung Grundsätzliches Vorgehen BPW Erfahrungen / Herausforderungen Optimierung des Weiterbetriebs 2/40

3 Kurzvorstellung Das Büro Unabhängig 25 Jahre Entwicklungsgeschichte Internationale Erfahrung IDASWIND GmbH Pintschstraße Berlin 3/15

4 Kurzvorstellung Kernkompetenzen Kundenspezifische Lösungen Anlagenentwicklung Konzept bis Serie Dokumentation Zertifizierung Montage & Fertigungsplanung Trainings &Technologie Transfer Hallenmontage Errichtung Inbetriebnahme Tests/Vermessung Optimierung Konzeption Prototypenbetreuung Lastsimulationen Festigkeitsnachweise Dokumentation 4/15

5 Kurzvorstellung Weitere Kompetenzen Supportleistungen Tools und Vorrichtungen Komponenten Optimierung / Re-Design Qualitätssicherung R&D Support Technische Due Diligence Fertigung Anlagenzustand Weiterbetrieb (Vertreten im BWE Arbeitskreis Weiterbetrieb) 5/15

6 Kurzvorstellung Fußabdruck mehr als 6000 installierte Anlagen weltweit präsent Finland USA Germany Italy China India South Korea Argentina 6/15

7 Kurzvorstellung Entwicklungen Rated Power Drive train concept Rotor Ø [m] Hub height [m] Installed units Country 600 kw Gearbox India kw Gearbox 60/ India/USA kw Direct drive Italy kw Gearbox 64/66 60/ India/USA kw Gearbox 70/77 70/80 20 Korea kw Gearbox 87/93 80/85/90 17 China/Korea kw Gearbox India/USA kw Gearbox In progress Korea kw Direct drive /122/ Germany/ Finland kw Direct drive On hold China 7/15

8 Grundsätzliches Vorgehen BPW Ausgangssituation WEA i.d.r. für 20 Jahre Entwurfslebensdauer ausgelegt (Typenprüfung) Entwurfs-/Designlasten Bsp.: Entwurf nach Windzone 2 und Turbulenz nach DIBt 1993 Bei Überschreitung ist Nachweis erforderlich, dass sicherer Betrieb weiterhin gewährleistet ist (Bauämter, Haftungsfragen, Verträge, etc.) Potenzial für Weiterbetrieb aus Unterschied Designlasten zu real erlebten Lasten Nutzungsdauer 8/15

9 Grundsätzliches Vorgehen BPW Was bisher geschah Erste Versuche : Ertragsvergleiche zur Ermittlung der Weiterbetriebszeit 2009 GL veröffentlich Richtlinie für den Weiterbetrieb von Windkraftanlagen 2012 DIBt nimmt Weiterbetrieb in Richtlinie für Windenergieanlagen auf (Verweis auf GL-Richtlinie) 2014 BWE veröffentlicht 1. Ausgabe der Grundsätze für den Weiterbetrieb Erste Schritte, es fehlten klare Mindestanforderungen des Wie ist der Nachweis zu führen 2016 DNV GL veröffentlicht Standard und Service Specification Lifetime extension of wind turbines 2017 BWE veröffentlicht 2. stark überarbeitete und erweiterte Ausgabe der Grundsätze für den Weiterbetrieb Technisch sinnvoll: Lastermittlung mit exakten oder generischen Lastsimulationsmodell 9/15

10 Grundsätzliches Vorgehen BPW Umfang des Gutachtens Praktisch Ermittlung des Anlagenzustands (WKP, Schwachstellen, Betriebsdaten) + Analytisch Quantitative Beurteilung Materialermüdung Visuelle Beurteilung des Zustands Erfahrungsbasierte Aussage Ergebnis Zeitintervall bis nächste Prüfung Unsichere Entscheidungsgrundlage & keine langfristige wirtschaftliche Planbarkeit Beurteilung nicht zugänglicher Stellen unmöglich Rechnerische Abschätzung Weiterbetriebsdauer in Monaten & Jahren Differenzierte Aussage nach Komponenten Bessere Entscheidungsgrundlage & wirtschaftliche Planungssicherheit Beurteilung nicht zugänglicher Stellen möglich Wichtig: Bewertung der gesamten WEA - ab Blätter bis zum Fundament! 10/15

11 Erfahrungen aus Projekten 1. Herausforderung: Datenlage Unvollständige Prüfung-/Zertifizierungsunterlagen Unvollständige / fehlende Datenblätter, Lebenslaufakte, Wartungsberichte, etc. Unvollständige Datenlogs??? 11/15

12 Erfahrungen aus Projekten 2. Herausforderung: Anlagenzustand Mängel Bekannte Revisionen / Instandsetzungen Getauschte Komponenten 12/15

13 Erfahrungen aus Projekten 3. Herausforderung: Komplexität des Standortes Bauliche Veränderungen, effektive Turbulenzen Komplexe Windparksituation, Ausbaustufen Berücksichtigung der Turbulenz entsprechend der Ausbaustufen steigert das WB-Potenzial 13/15

14 Erfahrungen aus Projekten 4. Herausforderung: Veränderung des Anlagenverhaltens Mögliche Historie für die Betriebszeit: Ab IB (1997): Kennlinie Standard nach Datenblatt Ab 2005 Kennlinien für schalloptimierten Betrieb Ab 2011 wieder Standard Ab 2015 tags von 8-20 Uhr: Standard nachts: schalloptimiert Wie wirken sich die Kennlinien auf die Lasten aus? Welche ist konservativer? 14/15

15 Optimierung Ermittlung des WB-Potenzials nach Lebensabschnitten Herausforderung: Der Betrieb der WEA besteht aus verschiedenen Lebensabschnitten mit Vielzahl von Lastkombinationen (Parkerweiterung, Änderungen des Betriebsmodus, Komponententausch, etc.) Bei ausschließlicher Berücksichtigung des konservativsten Falls wird viel WB-Potenzial verschenkt Lösung Ermittlung WB-Potenzial für jeden Lebensabschnitt, angepasst an dessen Dauer und Belastungen Vergangenheit Zukunft Lebensabschnitt 1 ab IB Lebensabschnitt 2 ab Lebensabschnitt 3 ab Lebensabschnitt 8 ab heute Turbulenz 1 Turbulenz 2 Turbulenz 2 Turbulenz 6 LK Standard LK Standard LK schalloptimiert LK Standard 15/15

16 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit IDASWIND GmbH Pintschstraße Berlin Tel: +49 (30)

17 Beauftragung der BPW Wann den Weiterbetrieb beauftragen? 1. Kurzfristige Entscheidung/Planung für den Weiterbetrieb Im 19. Betriebsjahr vor Ablauf der Entwurfslebensdauer (Typenprüfung, Versicherung, Haftung) 2. Langfriste Entscheidung Ermittlung des Weiterbetriebspotenzials beispielswiese bereits im 15. Betriebsjahr Abwägung Weiterbetrieb oder Repowering Optimierung des Weiterbetriebs (Datensammlung, Dokumentation vervollständigen, zielgerichtete Instandsetzung, Komponententausch) 17

18 Beauftragung der BPW Was benötigen wir um anzufangen? Praktischer Teil: WEA Dokumentation wie bei einer WKP (Wartungsberichte, Lebenslaufakte, Betriebsanleitung, etc.) Analytischer Teil: Typenprüfung Baugenehmigung Betriebsdaten: Monatlicher Ertrag Auskunft zu besonderen Ereignissen währen der Betriebszeit: Auflagen zum Betrieb (Abschaltungen, Änderungen der Leistungskurve, etc.) Vorschäden Komponententausch Größere Reparaturen 18

19 Beauftragung der BPW Der Ergebnis (Auszug): # Bauteil Gesamtnutzungsdauer [Jahre] Rotorblätter 1 Blattw urzel > 50 Maschinen- 2 Blattlager und Blattadapter > 50 komponenten 3 Nabe > 50 4 Hauptlager Königszapfen > 50 6 Generator Übergangsstück Gen.-Hauptrahmen Hauptrahmen Azimutlagerkomponenten > Turmkopfflansch > 50 Schrauben- 11 Blattbolzen 35.5 verbindungen 12 Blattlager zu Nabe 35.5 Maschine 13 Verbindungen Generator Übergangsstück zu Hauptrahmen Verbindungen Azimutlager > Azimutlager zuturmkopflansch > 50 Fortgesetzt bis Fundament! Ergebnis analytischer Teil Min. Gesamtnutzungsdauer: 35.5 Jahre Inbetriebnahme: Entspricht Weiterbetrieb bis: Bsp.: Auflagen prakt. und analy. Teil Verkürzung der Wartungsintervalle auf 1 Jahr Ersetzen der Schraubenverbindung Blattlager 19

20 Grundsätzliches Vorgehen BPW Lastsimulationen als anzuwendendes Werkzeug das steht in der DNV GL-ST-0262: Methode 1: Nur Praktischer Teil Methode 2: Praktisch + Lastsimulation mit generischen Modell Methode 3 & 4: Ansätze für Anlagen-Hersteller und auch der BWE sagt in Grundsätzen : Für die analytische Bewertung haben sich folgende Berechnungsverfahren zur Lastermittlung als technisch sinnvoll herausgestellt: Simulation mit exaktem Lastsimulationsmodell ( ) Simulation mit generischen Lastsimulationsmodell ( ) 20

21 Optimierung des Weiterbetriebs Vor- und Nachbereitung Datenaufzeichnung vervollständigen Verfügbarkeit der WEA und Gesamterträge, mindestens monatliche Werte 10-Min-Werte mindesten von mittlerer Windgeschwindigkeit, Drehzahl und Leistung, lückenlos Dokumentation von Änderungen des Betriebsmodus Komponententausch Bei Tausch einer gebrauchten Komponente und Ersatz durch neue wieder 20 Jahre Entwurfslebensdauer ab Tauschdatum Weiterbetrieb durch zusätzliche WEA-Überwachung Installation zusätzlicher Überwachungs-Hardware (CMD) Verkürzung der Wartungsintervalle 21

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