Technische Optimierung von
Windenergieanlagen on- und offshore
Unser Team aus Ingenieurinnen und Ingenieuren sorgt dafür, dass Windenergieanlagen rund laufen. Ob Beratungen und Analysen oder praktische Messkampagnen im Windpark — wir haben uns auf die technische Optimierung von Windenergieanlagen spezialisiert.
Bei Minderertrag und Schadensfällen beraten wir und bieten Messverfahren an, um aus den Anlagen das Beste herauszuholen und eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Mit verdachtsunabhängigen Prüfungen arbeiten wir daran, Windenergieanlagen nachhaltig zu betreiben sowie Fehler aufzudecken und zu beheben, bevor Schäden entstehen. Unsere Kunden können sich auf kurze Wege, direkte Ansprechpartner und individuelle Lösungen verlassen. Wir arbeiten selbständig, unabhängig und weltweit.
Wann sollte ich die Schwingungen meiner Anlage prüfen lassen?
Schadenprävention & Schwingungsanalyse
Windenergieanlagen sind durch ihre hohen Türme schwingungsfreudige Bauten. Um die Schwingungen in einem gesunden Bereich zu halten, identifizieren wir Ursachen erhöhter Schwingungen und unterstützen bei der Umsetzung notwendiger Maßnahmen — damit die Anlage ihre geplante Lebensdauer erreicht und die Reparaturkosten gering bleiben.
Warum liefert mein Windpark weniger Ertrag als erwartet?
Ertragsoptimierung & Performance-Analyse
Erreichen Windenergieanlagen nicht die erwarteten Erträge, kann das viel Geld kosten. Wir schauen uns den individuellen Windpark an, beraten bei Minderertrag und führen Messkampagnen durch, um Ursachen zu identifizieren und zu beheben.
Was tun, wenn behördliche Schallauflagen den Ertrag bedrohen?
Schalloptimierung
Lärm von Windenergieanlagen mindert die Akzeptanz von Windenergie und kann zu behördlichen Auflagen führen, die den Ertrag der WEA empfindlich reduzieren. Wir helfen, Schallprobleme in den Griff zu bekommen und den Ertrag dennoch zu optimieren.
Gibt es auch Messungen für Sonderanlagen und Prototypen?
Spezialfälle & Sondermessungen
Erreichen Windenergieanlagen nicht die erwarteten Erträge, kann das viel Geld kosten. Wir schauen uns den individuellen Windpark an, beraten bei Minderertrag und führen Messkampagnen durch, um die Ursachen zu identifizieren und zu beheben.
Was kann scopea optimieren?
Schadensprävention
Schwingungen führen zu vorzeitigem Verschleiß von Komponenten und mindern den Ertrag. Mit unserem mobilen Schwingungsmessgerät identifizieren wir mit einem einzigen Messlauf betroffene WEA und leiten Empfehlungen ab. Die Prüfung bietet eine Bewertungsgrundlage für aerodynamische und massenbedingte Unwucht, Nachlauf- sowie Resonanzeffekte.
Diese Maßnahme bietet sich besonders für größere Flotten an, z. B. nach der Inbetriebnahme, vor Gewährleistungsende, vor Weiterbetrieb oder (Ver-)kauf (Due Diligence). Für die als betroffen identifizierten WEA werden anschließend weitere Maßnahmen zur Quantifizierung und Behebung der Fehler durchgeführt.
Mangelhafte Blattwinkelkalibrierung und Produktionsfehler können anhand optischer Messung festgestellt und direkt vor Ort behoben werden.
Durch Schwingungsmessung vor und nach der Blattwinkelkorrektur weisen wir den Erfolg der Maßnahme nach, und die WEA läuft merklich ruhiger.
Optische Messverfahren ermitteln die Blattwinkel an einem oder mehreren Radien. Liegen zusätzlich Twistfehler oder andere aerodynamische Unwuchten wie Erosion oder beschädigte Blattelemente vor, kann das schwingungstechnische Optimum des Rotorsettings dennoch von den optischen Messergebnissen abweichen. Nur die Blattwinkelvalidierung durch Schwingungsmessungen vor und nach der Justage erfasst die aerodynamischen Auswirkungen des gesamten Rotors.
Zur Messung der 1P-Amplituden (Rotordrehfrequenz) installiert die Green Wind Engineering temporär Beschleunigungssensoren am Maschinenträger und zeichnet mit dem mobilen Messgerät „BalancingBox“ die Schwingungssignale im drehzahlkonstanten Betrieb der WEA auf. Die Auswertung erfolgt direkt vor Ort mittels Frequenz- und Ordnungsanalyse und stellt die Schwingungsoptimierung sicher. Die Anlage profitiert also sofort von reduzierten Lasten und alle Komponenten von einer längeren Lebensdauer.
Rotorunwuchten verursachen erhöhte Schwingungen am gesamten Turm-Gondel-System von WEA. Folgen sind Verschleiß, Schäden und Ertragsverluste. Mit herstellerunabhängigen Messungen der Rotorunwucht muss daher sichergestellt werden, dass die Grenzwerte der Auslegung eingehalten werden. In etwa ein Drittel aller WEA ist von Massenunwuchten betroffen, die den zulässigen Grenzwert überschreiten [1].
Durch Produktionstoleranzen und -fehler, unsachgemäße Installation oder Transportschäden gehen WEA bereits mit schädlichen Schwingungen in Betrieb. Im Laufe des Anlagenlebens kommen durch Verschleiß und Reparaturen auch neue Unwuchten dazu.
scopea führt Rotorunwuchtmessungen mit der „BalancingBox“ durch, dem firmeneigenen mobilen Messsystem zur Schwingungsmessung in der Gondel. Zur Kalibrierung der Messung werden temporär definierte Testunwuchten am Rotor installiert. Entweder mit Gurten von außen oder durch Stahlplatten im Rotorblatt oder am Generatorträger.
Aus einem Messlauf im Urzustand (0-Lauf) und einem Messlauf mit definierter Testmassen (1-Lauf) wird die Rotorunwucht in Betrag und Lage berechnet, siehe Abbildung 9. Beim anschließenden Prüflauf (2-Lauf) wird die gemessene Unwucht (teilweise) behoben und sichergestellt, dass die Schwingungen der WEA minimal sind. Das Gutachten bewertet die gemessene Unwucht anhand des WEA-spezifischen Grenzwerts und gibt Empfehlungen zu den nötigen Gegengewichten, damit der Rotor viele Jahre rund läuft und zuverlässig arbeitet.
Stimmen die tatsächlichen Eigenfrequenzen der Rotorblätter oder des Turms nicht mit den Auslegeparametern der Typenprüfung überein, kann dies erheblichen Schaden verursachen. Wir prüfen, ob die Vorgabewerte eingehalten werden und leiten — wenn nötig — Empfehlungen ab.
Werden z. B. nach Getriebetausch Schwingungsprobleme identifiziert, führen wir Analysen in mehreren Ebenen durch, um Unwuchten im Bereich des Generators, der Kupplung und der Bremsscheibe aufzudecken.
Die video-basierte Schwingungsprüfung ist ein weiter vereinfachtes Verfahren, bei dem der Schwingungszustand anhand eines vom Turmfuß aus aufgezeichneten Videos bewertet wird. Auch wenn die Messgenauigkeit geringer ist, kann sie in einigen Fällen sinnvoll sein, da sie
- Keinen Aufstieg erfordert (1 Person am Turmfuß reicht)
- Keine Spezialmesstechnik benötigt
- Recht einfach durchzuführen ist und
- Messung und Auswertung voneinander trennt, sodass Diagnosen über weite Entfernungen möglich sind ohne Anreise eines Messingenieurs
Mittels object tracking werden die Schwingwege aus dem Video extrahiert, und schließlich das Frequenzspektrum ausgewertet.
Ertragsoptimierung
Pitchwinkeldifferenzen der Rotorblätter untereinander (relativ) oder Abweichungen zum Sollwert („Designwinkel“) des Herstellers (absolut) stellen ein häufiges Problem an WEA jedes Lebenszyklus dar. Durch Fertigungstoleranzen und Produktionsfehler oder unzureichende Kalibrierung bei der Errichtung, gehen viele WEA bereits suboptimal in Betrieb. Auch Fehler bei der Wartung und Reparatur oder Verschleiß können die Aerodynamik im späteren Anlagenleben empfindlich stören. Herstellerunabhängige Prüfungen der Blattwinkel sollten daher vorausschauend durchgeführt werden, um Schäden, Ertragsausfälle und Lärm zu vermeiden.
Relative Blattwinkelfehler führen zu einer ungleichmäßigen Anströmung der Rotorblätter und erzeugen somit zusätzliche dynamische Lasten, die den vorzeitigen Verschleiß und Defekt von Komponenten nach sich ziehen können: Azimutmotoren, -bremsen, Lager und Getriebe müssen getauscht werden, Struktur und Fundament weisen gefährliche Schäden auf.
Absolute Blattwinkelabweichungen haben negativen Einfluss auf die Leistungskurve, reduzieren also den Ertrag. Je nach dem in welche Richtung die Blätter fehljustiert sind (Fahne/Stall), zeigen sich typische Kennlinien. scopea misst Blattwinkel mit ihrem kamerabasierten Messverfahren, bei dem das nach unten hängende Rotorblatt fotografiert und der Winkel des Blattprofils an einem oder mehreren geeigneten Radien gemessen wird. Diese sind abhängig vom Blattdesign und den zur Verfügung stehenden Blattdaten. Bevorzugt werden im Gegensatz zu laserbasierten Verfahren jedoch Radien am äußeren Drittel (nahe der Blattspitze), da dort der Einfluss auf Schwingungen und Ertrag am höchsten ist. Am inneren Bereich (nahe der Nabe) gelten außerdem höhere Fertigungstoleranzen.
Ergebnisse:
Im Anschluss an die Messung werden die Fotoserien der Blätter von einem Messingenieur ausgewertet und gemäß des 4-Augen-Prinzips von einem zweiten geprüft. Sind die Designwinkel der vermessenen Radien vorhanden, kann am selben Tag gemäß der Ergebnisse justiert werden. Alternativ wird zunächst die relative Blattwinkeldifferenz behoben, um die Schwingungen zu reduzieren und der Offset zum Design wird nachjustiert, sobald die Herstellerangaben vorliegen. Ein Gutachten mit den Ergebnissen und empfohlenen Maßnahmen wird nach Abschluss der Messkampagne bereitgestellt. Änderungen des Rotorsettings haben Einfluss auf die Leistungskurve. Die Berechnung einer Ertragsänderung ist jedoch nicht Bestandteil der Leistung.
Anhand der SCADA-Daten und Messdaten prüfen wir die Performance Ihrer WEA und arbeiten gegebenenfalls Verbesserungspotenzial heraus.
Das Parklayout wird analysiert und die Azimutausrichtung der WEA vor Ort gemessen. Bei der Auswertung wird die Einnordung auf Abweichungen geprüft und deren Auswirkungen bewertet. Fehler bei der Azimutkalibrierung können einerseits unnötige Leistungsbeschränkungen und Abschaltungen verursachen und andererseits die Einhaltung der sektoriellen Beschränkungen gefährden.
Schalloptimierung
Lärm von WEA kann teuer werden, wenn behördliche Auflagen zu leistungsreduzierten Betriebsmodi oder gar Nachtabschaltung führen. Wir prüfen die Wirksamkeit der geplanten Schallreduktionen und unterstützen bei den Maßnahmen, Schallemissionen zu reduzieren und den Erfolg der Reduktion nachzuweisen.
Spezialfälle
Der Abstand der Rotorblattspitze zum Turm wird für diverse Betriebszustände simuliert. Die Ergebnisse fließen in die Auslegung von WEA-Prototypen ein. Mit unserer videobasierten Tower Clearance Messung prüfen wir die simulierten Werte.
Kleinwindenergieanlagen (KWEA) sind besonders anfällig für Schwingungen. Wir prüfen die Schwingungen Ihrer KWEA und unterstützen bei Maßnahmen zur Schwingungsberuhigung.
Durch Analyse der Betriebsdaten kann geprüft werden, ob Abschaltungen wegen Schattenwurf wirksam sind, welchen Einfluss sie auf den Ertrag haben und wo gegebenenfalls nachträglich optimiert werden kann.
Fragen zu Messkampagnen
Antworten auf die wichtigsten Fragen rund um Messkampagnen und unsere
Leistungen für Windenergieprojekte.
Typische Hinweise sind Abweichungen zwischen prognostiziertem und tatsächlichem Ertrag in den SCADA-Daten, erhöhte Schwingungswerte oder auffällige Betriebsmuster. Wir analysieren Ihre Betriebsdaten und identifizieren, ob Ursachen wie Blattwinkelfehler, Rotorunwucht oder Azimutkalibrierungsfehler vorliegen — und beheben diese direkt vor Ort.
Eine Schwingungsprüfung lohnt sich immer dann, wenn erhöhte Schwingungswerte gemeldet werden, die Anlage auffällig klingt, Komponenten vorzeitig verschleißen oder ein Betreiber eine verdachtsunabhängige Kontrolle zur Lebensdauersicherung wünscht. Mit einem einzigen Messlauf identifizieren wir aerodynamische und massenbedingte Unwuchten, Resonanzeffekte und Nachlaufeinflüsse.
Eine optische Blattwinkelmessung und -justage dauert in der Regel einen Arbeitstag pro Anlage. Die Messung erfolgt fotografisch direkt vor Ort. Im Anschluss können festgestellte Abweichungen sofort korrigiert werden — ohne lange Standzeiten.
Zur verdachtslosen Prüfung eines Windparks werden zunächst schnelle Prüfverfahren (Schwingungsprüfung, ggf. Blattwinkelmessung) an allen Anlagen eines Windparks durchgeführt, um auffällige Anlagen zu identifizieren. Je nach Situation kann vorab auch eine Datenanalyse (SCADA, Schadenshistorie, Stillstandshäufigkeit) die zu untersuchenden Anlagen eingrenzen. Die Ergebnisse werden ausgewertet. Anschließend werden Folgemaßnahmen besprochen und ggf. spezifische Messkampagnen geplant.
Wenn der Rotor nicht rund läuft, weil die Masse des Rotors ungleichmäßig verteilt ist, spricht man von einer (massenbedingten) Rotorunwucht. Die Folge sind erhöhte Schwingungen im Turm-Gondel-System, vorzeitiger Verschleiß und Schäden sowie erhöhte Schallemissionen. Mit herstellerunabhängigen Messungen lässt sich prüfen, ob die die Schwingungen in einem gesunden Bereich bleiben.