Ergebnisse und Erfahrungen aus Prüfungen zum Weiterbetrieb, analytische Bewertung und praktische Prüfung Risikobewertung durch Projektprüfung

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1 Ergebnisse und Erfahrungen aus Prüfungen zum Weiterbetrieb, analytische Bewertung und praktische Prüfung Risikobewertung durch Projektprüfung, Ulrich Arndt, Am Stegebach Nr. 12e, Bartenshagen,

2 2 Kurzvorstellung Ulrich Arndt 1970 Facharbeiterabschluss als Elektromechaniker 1974 Dipl.-Ing. für Elektrotechnik seit 1988 Durchgängige Tätigkeit auf dem Gebiet der Windenergienutzung Technischer Leiter WIND-consult Ingenieurgesellschaft mbh 1998 Germanischer Lloyd, Ausbildung zum Sachverständigen für WEA seit 2001 Sachverständigenbüro Windenergie Arndt GmbH ( seit 2002 Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Windenergieanlagen seit 2002 Mitgesellschafter der windexperts Prüfgesellschaft mbh, gemeinsame Präsenz im Netzwerk Windexperts

3 Ergebnisse und Erfahrungen aus Prüfungen zum Weiterbetrieb, analytische Bewertung und praktische Prüfung 3 Inhalt 1. Einleitung und Motivation 2. Vorgehen des Sachverständigen bei BPW-Gutachten 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Analytischer Teil - Ergebnisübersicht 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Praktischer Teil Fallbeispiele ermüdungsbedingter Schäden 7. K.o.-Kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb 8. Zusammenfassung

4 4 1. Einleitung Ausgangslage: Motivation: aktuelle Aufgabenstellung für die Branche Erhöhte Wirtschaftlichkeit durch Laufzeitverlängerung Die Betriebsfestigkeit der WEA ist auf 20 Jahre ausgelegt. Nachhaltige Nutzung vorhandener Ressourcen Standortsicherung Absicherung gegenüber den Behörden Grundlage für die Weiterführung von Wartungsverträgen

5 5 Inhalt Inhalt 1. Einleitung 2. Vorgehen des Sachverständigen bei BPW-Gutachten 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Analytischer Teil - Ergebnisübersicht 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Praktischer Teil Fallbeispiele ermüdungsbedingter Schäden 7. K.o.-Kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb 8. Zusammenfassung

6 6 2. Vorgehen des SV bei BPW-Gutachten Systematik nach DIBt Oktober/2012 und den BWE-Grundsätzen für Weiterbetrieb Fassung Mai/2014 und 2017 Bewertung und Prüfung für den Weiterbetrieb Praktischer Teil (Dokumentenprüfung Inspektion der WEA, Schwachstellenanalyse) Turbulenzgutachten Theoretischer Teil (Ergänzungsrechnung am Realstandort mittels generischem Modell) Gesamtgutachten zum Weiterbetrieb mit Angabe der Restnutzungsdauer und Auflagen für den Weiterbetrieb

7 7 2. Vorgehen des SV bei BPW-Gutachten Erforderliche Unterlagen bei BPW: Baugenehmigung inkl. Nebenbestimmungen, Bodengutachten, Unterlagen zur Inbetriebnahme Typenprüfungsunterlagen (komplett mit Turm- und Fundamentzeichnungen) Gutachterliche Stellungnahmen (z.b. Lastgutachten, Maschinengutachten) Parametrierung, Betriebsdaten, Scada-Daten, Ertragsdaten Konstruktionsunterlagen, Zeichnungen, Schalt- und Hydraulikpläne Chronologie WEA, Lebenslaufakten Hauptkomponenten (z.b. Rotorblätter) Bei Tausch Instandsetzungsberichte und Angaben zur vormaligen Nutzung Aktuelle Berichte WKP Grundriss Windpark, Standortfotos, Zubaubetrachtung Windpark Windgutachten aus Projektierung, Turbulenzgutachten

9 9 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Berechnung der theoretischen Weiterbetriebsdauer von WEA-Komponenten

10 10 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Exkursion Bruchmechanik - Rissfortschritt bei dynamisch beanspruchten Werkstoffen Ermüdungsvorgänge mit drei Abschnitten Grenzzustand der Ermüdung D=1 = > Technischer Anriss Rissfortschrittsphase wird nicht erreicht. Festigkeit von Stahl: K Kurzzeitfestigkeit Z Zeitfestigkeit auch Betriebsfestigkeit D Dauerfestigkeit WEA zeitfest ausgelegt (Betriebsfestigkeitsnachweis) => Steigung der Wöhlerlinie

11 11 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Berechnung der theoretischen Weiterbetriebsdauer durch komponentenspezifische Betrachtung nach Methode des schwächsten Glieds Rechnerischer Anriss des Materials, kein Bruch, Sicherheitsreserven bleiben unangetastet

12 12 Inhalt Inhalt 1. Einleitung 2. Vorgehen des Sachverständigen bei BPW-Gutachten 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Analytischer Teil - Ergebnisübersicht 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Praktischer Teil Fallbeispiele ermüdungsbedingter Schäden 7. k.o.-kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb 8. Zusammenfassung

13 13 4. Analytischer Teil - Ergebnisübersicht Ergebnisvergleich nach BWE 2014 und BWE 2017 WEA-Anzahl in % WEA-Anzahl in % Theoretische Weiterbetriebsdauer in Jahren Datenbasis : ca. 200 WEA Baujahre: 1991 bis 1997 Berechnungsgrundlagen: Ergänzungsberechnungen nach BWE 2014 und Anwendung von generischen Modellen nach BWE 2017 Theoretische Weiterbetriebsdauer in Jahren Datenbasis : ca. 100 WEA Baujahre überwiegend ab 1995 Berechnungsgrundlagen: Anwendung von generischen Modellen nach BWE 2017 Im Park wird nur noch die WEA mit der geringsten Weiterbetriebsdauer ermittelt.

14 14 4. Analytischer Teil - Ergebnisübersicht Ergebnisvergleich drehzahlvariabler und drehzahlstarrer WEA WEA-Anzahl in % WEA-Anzahl in % Theoretische Weiterbetriebsdauer in Jahren Datenbasis : ca. 70 WEA drehzahlvariabel E-33, E-40, E-66, V80 Berechnungsgrundlagen: Ergänzungsberechnungen nach BWE 2014 und Anwendung von generischen Modellen nach BWE 2017 Theoretische Weiterbetriebsdauer in Jahren Datenbasis : ca. 120 WEA div. drehzahlstarre WEA-Typen Berechnungsgrundlagen: Ergänzungsberechnungen nach BWE 2014 und Anwendung von generischen Modellen nach BWE 2017

15 15 4. Analytischer Teil - Ergebnisübersicht Auffällige Komponenten nach der Methode der schwächsten Glieder [%] Blätter und Blattadapter Blattschrauben Pich und Schrauben Nabe und Wellenanschluss Maschinenträger und Achszapfen Turm und Fundament

17 17 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Die praktische Prüfung dient der Ergebnisüberprüfung der Analytik (z.b. Schraub- und Flanschverbindungen) Festlegung des Prüfintervalls, so dass mögliche Schäden und Risiken bei den Inspektionen erkannt werden (entsprechend den Ergebnissen aus dem analytischen und dem praktischen Teil) Dies wird erreicht durch Inspektion vor Ort der kompletten WEA (Umfang und Qualität muss mindestens WKP-Standard 2012 entsprechen) Notendige ergänzende Betrachtungen hinsichtlich! Alterung, Verschleiß, Ermüdung,! Serienspezifischer Risiken! Individuellem Belastungsgrad

18 18 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Praktische Prüfung BPW = WKP + Prüfung auf ermüdungsrelevante Schäden der tragenden Struktur Inhaltsverzeichnis A. Auftrag B. Ziel und Zweck C. Bewertungsgrundlagen D. Hauptdaten der Besichtigung E. Umfang und Vorgehensweise der BPW F.1: Handbücher und Unterlagen F.2: Beschilderung, Kennzeichnung F.3: Transformator- und Übergabestation F.4: Infrastruktur und Fundament F.5: Elektrik Turmfuß und Turm F.6: Turm F.7: Maschinenhaus F.8: Rotorkopf F.9: Triebstrang F.10: Getriebe F.11: Generator F.12: Elektrotechnik Gondel und Rotorkopf F.13: Hydraulik F.14: Funktionstests und Sicherheitseinrichtung F.15: Rotorblätter G. Von den vorgelegten Unterlagen abweichende Anlagenteile H. Abweichungen vom genannten Prüfumfang I. Prüfergebnis und erforderliche Maßnahmen Standsicherheitsnachweis zum Weiterbetrieb einer WEA

19 19 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Prüfung der Infrastruktur, des Fundamentes, des Turms, des Maschinenhauses, des Triebstranges, der Nabe und der Rotorblätter auf unmittelbare Gefahren, strukturelle Mängel und ermüdungsrelevante Schäden Prüfumfang Fundament: Risse, Hohlstellen, Ablösungen und Ausblühungen Schiefstellung, Grundbruch, Bewegung Erdauflast Dichtungsfugen und Wasserablauf Bei Bedarf Bewegungsmessung Abplatzungen und Korrosion Prüfumfang Maschinenkomponenten Schweißnähte (Neuralgische Stellen) Schraubverbindungen Vertiefte Prüfung der Maschinenkomponenten anstreben (diese limitieren ggf. Lebensdauer) Prüfumfang Stahlrohrturm Risse, Schweißnähte (Neuralgische Stellen) Schraubverbindungen (Lockerheit und Anzugsmoment) Prüfumfang Rotorblätter Risse Offene Strukturen weitere optionale Prüfungsinhalte Schwingungsmessung Videoendoskopie des Getriebes und der Lager Kameragestützte Sichtprüfung der Rotorblattinnenseite Ultraschallprüfungen

20 20 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW 2017 Bewertung von material- und komponentenspezifischen Rissen: Beton rissempfindlich (Zugkräfte), Risse normal bis kritisch, klare Kriterien zur Bewertung, Verbund muss intakt sein. Baustahl, Risse wachsen langsam, oft sanierbar, keine Angst vor Rissen Gussstahl, Risse sind schnell wachsend, kritisch. Schraubverbindungen, hochfester Stahl, Tendenz zum spröden Verhalten => kritisch für einzelne Schraube GfK / CFK, einzelne Faser reißt schnell, Verbund reißt langsam, gut inspizierbar, Steigung Wöhler-Kennlinie flach => nicht so kritisch

21 21 Inhalt Inhalt 1. Einleitung 2. Vorgehen des Sachverständigen bei BPW-Gutachten 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Analytischer Teil - Ergebnisübersicht 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Praktischer Teil Fallbeispiele (ermüdungsbedingter) Schäden 7. K.o.-Kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb 8. Zusammenfassung

22 22 6. Ermüdungs- / konstruktivbedingte Schäden am Fundament 2.5 Ch_ Weg [mm] Zeit [s]

23 23 6. Ermüdungs - / fertigungsbedingte Schäden am Turm

24 24 6. Ermüdungsbedingte Schäden am Maschinenrahmen

25 25 6. Schäden am Triebstrang

26 26 6. Schäden an der Nabe

28 7. K.o.-Kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb Kein BPW-Gutachten möglich bei fehlenden signifikanten Unterlagen (z.b. Typenprüfung, Auslegungsrichtlinie nicht bekannt) Kein BPW-Gutachten möglich bei Abweichungen von der Typenprüfung (z.b. Blatttyp nicht laut Typenprüfung, anderer Turm) Wartungen werden nicht mehr oder nicht mehr professionell durchgeführt. Reparatur-Stau / Ausfall von Großkomponenten (wirtschaftliches Kriterium) D = 1 für nicht inspizierbare Komponenten (D = Schädigungsrate) Schiefstellung > als in der Typenprüfung erlaubt (i.d.r. 5 mm/m) Grundbruch oder Lösung Fundamenteinbauteil Massive Rostbildung an tragenden Bauteilen (z.b. Flansche, Schrauben) Nicht sanierte Flanschklaffung, Sika zwischen Flanschen??? Fortschreitende Risse an Bauteilen, die nicht repariert werden können (Guss, Blattstruktur) 28

29 29 Inhalt Inhalt 1. Einleitung und Motivation 2. Vorgehen des Sachverständigen bei BPW-Gutachten 3. Analytischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Analytischer Teil - Ergebnisübersicht 5. Praktischer Teil nach BWE Grundsätze BPW Praktischer Teil Fallbeispiele ermüdungsbedingter Schäden 7. K.o.-Kriterien für die Prüfung auf Weiterbetrieb 8. Zusammenfassung

30 30 8. Zusammenfassung Gutachten nach BWE 2017 sind eine praktikable Methode zur Bewertung von Windenergieanlagen auf Weiterbetrieb auf Basis von Inspektion und Analytik Bestmögliche Ergebnisse durch komponentenspezifische Betrachtung Tatsächlicher Zustand entscheidet Dokumentenlage entscheidet Wartungszustand entscheidet => Reparaturstau vermeiden Zur Zeit liegen bei uns Erfahrungen auf Weiterbetrieb von Windenergieanlagen bis zu einer Nennleistung von 2 MW vor, weitere Anlagen in Vorbereitung Kostenmäßig darstellbar nur durch Umlagesystem

31 Ergebnisse und Erfahrungen aus Prüfungen zum Weiterbetrieb, analytische Bewertung und praktische Prüfung 31 Das Netzwerk Windexperts und das Sachverständigenbüro Windenergie Arndt sagen vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit