Technische Grundlagen für den Weiterbetrieb aus Sicht des BWE

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1 Technische Grundlagen für den Weiterbetrieb aus Sicht des BWE Claus Goralski Dr.-Ing., SFI / IWE BWE Forum auf der HUSUM Wind September 10:30 13:00 Uhr GmbH Kackertstraße Aachen Tel GmbH Bavariafilmplatz Grünwald (München) Tel

2 Zur Person seit 2015 Prüfingenieur für Baustatik seit 2014 Geschäftsführender Gesellschafter H+P GmbH seit 2011 Referent an der SLV GSI München (Schweißtechnik) seit 2011 Schweißfachingenieur (SFI), DVS - IIW international seit 2010 GmbH & Co. KG: Niederlassungsleiter München seit 2006 GmbH & Co. KG: Bereichsleiter Windenergie Wissenschaftlicher Angestellter am IMB, RWTH Aachen und Promotion Studium Bauingenieurwesen an RWTH Aachen Zertifiziert nach: DIN EN 1090, DIN EN ISO 9712 Dr.-Ing. Claus Goralski Projektgruppe Windenergie, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) NA Windenergieanlagen: Verbindungen zwischen Stahl und Beton Mitglied des Sachverständigen Beirats des Bundesverband Windenergie BWE Mitglied verschiedener Arbeitskreise Bundesverband Windenergie BWE und Fördergesellschaft Windenergie FGW Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 2

3 Arbeitsbereiche H+P - Windenergie T r a g w e r k s p l a n u n g S t a t i s c h e P r ü f u n g P r o d u k t e n t w i c k l u n g W i e d e r k e h r e n d e P r ü f u n g G u t a c h t e n W e i t e r b e t r i e b 20 + x S a n i e r u n g / V e r s t ä r k u n g Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 3

4 Weiterbetrieb - Gliederung des Vortrages Weiterbetrieb WEA - Ausgangslage Grundlagen, bauaufsichtlich und technische Randbedingungen Grundzüge der Bewertung & Prüfung zum Weiterbetrieb (BWP) Tragstruktur (Turm und Gründung) - Maschinenkomponenten Weiterbetriebsdauer und Auflagen zum Weiterbetrieb Ermüdung, Alterung und Verschleiss - Einflussgrößen Zusammenarbeit Betreiber, Hersteller und Sachverständiger technische Unterlagen, Anlagendaten Zusammenfassung und Ausblick Juwi Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 4

5 Übersicht Ausgangslage: + Technische Auslegung i.d.r für eine Entwurfslebensdauer von 20 Jahren + Auslegung i.d.r. standortübergreifend aufgrund von Typenprüfungen + gute Datenbasis aufgrund der Vielzahl an baugleichen WEA + Baurechtl. Genehmigung i.d.r. unbefristet; techn. Entwurfslebensdauer in Nebenbestimmung Methodik: Entwicklung von technischen Grundsätzen als Anwendungsdokument zur bauaufsichtlich eingeführten DIBt-Richtlinie für WEA. Ziel: Beurteilung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit in Bezug auf die weitere Nutzung (t > 20a). Grundlage: - DIBt-Richtlinie für Windenergieanlagen - zukünftig: DIN Tragstrukturen für WEA - Maschinenrichtlinie (MD), GL-Richtlinie Anwendungsdokument (derzeit informativer Status): Grundsätze für die Durchführung einer Bewertung und Prüfung über den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen (BPW) an Land Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 5

6 Erfahrungsbereich heutige Betrachtung zukünftige Betrachtung Fotos: Derzeitige Praxiserfahrung H+P: Enercon E-17; E-30; E-40; E-44; E-66 Vestas V 47; V 80; V 90, GE 1,5; TW600 D4; NTK 300; S31; LW18 Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 6

7 Motivation zur Gründung eines AK Weiterbetrieb Bauaufsichtlich bindend ist die DIBt RiLi für Windenergieanlagen Technische Auslegung i.d.r für eine Entwurfslebensdauer von 20 Jahren BWE Grundsätze für den Weiterbetrieb * Charakter einer Anwendungsempfehlung * Klärung rechtlicher und technischer Fragen im Zusammenhang mit dem Thema Weiterbetrieb * Input aus AK mit: techn. Sachverständige, Betreiber, Hersteller, Betriebsführer und Juristen; * Die Grundsätze für den Weiterbetrieb - erläutern die Anforderungen, geben Hilfestellungen bei der Umsetzung - liefern für alle Beteiligten Informationen um das Thema vorbereiten zu können. Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 7

8 Regelungsweise zur Beurteilung des Weiterbetriebs Verweis Status: - Liste der techn. Baubestimmungen Dez bauaufsichtlich eingeführt Nds. MBl. Nr. 10 a/2014 März Fokus Standsicherheit und standsicherheitsrelevante Bauteile + Zusatzanforderungen -praktische und analytische Methode sind anzuwenden - statische Berechnungen nach aktuellen Regelwerken bzw. dem Stand der Technik - repräsentative Untersuchung von Turm und Gründung 12 Richtlinie für den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen Status: Richtlinie Praxisempfehlungen für -Vorbereitung - Analytische Untersuchung - Praktische Untersuchung -Prüfumfang - Anforderung an Sachverständige Grundsätze für die Durchführung einer Bewertung und Prüfung über den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen Status: Anwendungsempfehlungen Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 8

9 BWE Grundsätze für den Weiterbetrieb - Inhalt Grundsätze für die Durchführung einer Bewertung und Prüfung über den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen (BPW) an Land 1. Allgemeines 2. Ziel und Zweck der Bewertung und Prüfung über den Weiterbetrieb 3. Anforderungen an den Sachverständigen 4. Bewertungsgrundlagen 5. Erforderliche Unterlagen für die Überprüfung 6. Prüfumfang 6.1 Der analytische Teil 6.2 Der praktische Teil 6.3 Messungen 7. Prüfergebnis und Prüfbericht 8. Auflagen zum Weiterbetrieb Im Rahmen dieses Beitrags zu beleuchten! Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 9

10 Einflussfaktoren auf die Bauteillebensdauer Grundlegende Faktoren: - Qualität der Planung + Ausführung - Qualität der Wartung - Materialeigenes Alterungsverhalten - Betrieb: stat. & dyn. Beanspruchung - Verschleiß / Ermüdung Betriebliche Faktoren (standortbezogen): - Betriebsparameter - Betriebsstunden, Ertragsdaten - Mittlere Windgeschwindigkeit - Windverteilung - Turbulenz Notwendige Unterlagen: - Typenprüfungsunterlagen - Technische Zeichnungen Turm, Fundament - Standortdaten, -gutachten - Berichte zur WkP, Service, Wartung - Lebenslaufakte Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 10

11 Beurteilung zum Weiterbetrieb - Prüfumfang Bauaufsichtlich bindend ist die DIBt RiLi für Windenergieanlagen Die praktische Methode ist durch zusätzliche statische Berechnungen unter Einbeziehung des derzeit geltenden Regelwerks zu belegen. Dies bedeutet, dass die ursprüngliche Berechnung nicht ohne zusätzliche rechnerische Nachweise zugrunde gelegt werden kann. (A) Analytische Methode: * Prüfung der Bestandsunterlagen * Vergleichsberechnung zur Tragfähigkeit der maßgebenden Bauteile auf dem aktuellen Stand der Technik * Finite Elemente Simulation der maßgebenden Bauteile * Lebensdauerberechnung unter Berücksichtigung der Ergebnisse aus (B) (B) Praktische Methode: * Sichtprüfung der maßgebenden Bauteile DIN EN ISO 9713 * Absicherung der in (A) angenommenen Materialkennwerte und Kerbdetails * Dokumentation und Bewertung von Alterung, Abnutzung und Verschleiß * Eigenfrequenzen und Struktur-Dämpfung * ggf. Lastmessung (z.b. Turmwanddehnung) * ggf. Monitoring der kritischen Bauteile Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 11

12 (A) Analytische Methode - Beispiele Stahlbauteile Analytische Untersuchung von Hot Spots Riss-Analysen Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 12

13 (B) Praktische Methode Beispiele Turm Übergänge Beton zu Stahlschaft Schraubverbindungen H+P Öffnungen in der Turmschale Befestigung von Einbauteilen H+P Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 13

14 (B) Praktische Methode Beispiele Fundament Turmanbindung Fundament z.b. Abdichtung z.b. Ankerbolzen Praxis Beispiele Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 14

15 Messungen - Beispiele Eigenfrequenz und Lastmessung Standortbezogene Lasten Ermittlung durch Langzeitmessungen Messfrequenzen 10 bis 100 Hz Professionelle Datenaufbereitung und Extrapolation zu Lastkollektiven Erweiterte Finite Elemente Analyse Strukturspannungskonzept Bruchmechanische Analysen Rissfortschrittsberechnung steel section steel T-flange Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 15

16 Prinzipielles Ablaufschema zum Weiterbetrieb Übergeordnete Einflüsse und Zwangslagen: - Vergütung in der Weiterbetriebszeit - Alternative Beplanung des Standortes - Finanzierungsmöglichkeiten - Geplante Weiterbetriebsdauer wiederkehrenden Prüfung nach DIBt-RiLi - Zustandsbewertung - Zustandsentwicklung Untersuchung zum Weiterbetrieb nach DIBt - Analytische Bewertung - Praktische Bewertung Prüfen der Wirtschaftlichkeit ggf. Instandsetzung- / Verstärkungsmaßnahmen Abhängig von der Weiterbetriebsdauer Festlegung der Restnutzungsdauer Definition von ergänzenden Maßnahmen / technische Auflagen Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 16

17 Zusammenfassung und Ausblick Bewertung eines möglichen Weiterbetriebs von WEA über die Nutzungsdauer der Typenprüfungen hinaus erfordern eine analytische und praktische Untersuchung von Bauteilen des Maschinenbaus und der Tragstruktur. Analytische und praktische Bewertungsmethoden sind durch aktuelle Normen und Richtlinien abgedeckt. Aufgrund der vergleichsweise jungen Fragestellungen ist die Vorgehensweise in der Praxis kritisch zu beleuchten. Anwendungsempfehlungen und ggf. eine Anwendungsrichtlinie sind an den Erfahrungen der nahen Zukunft zu kalibrieren. Die DIBt-Richtlinie für WEA und die BWE Grundsätze für den Weiterbetrieb stellen dafür eine gute Basis dar. Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 17

18 VIELEN DANK! Dr.-Ing. Claus Goralski GmbH Kackertstr Aachen Tel Standorte: Aachen, Darmstadt, Düsseldorf, Köln, München Dr.-Ing. C. Goralski, GmbH 18