Telemedizin für Windräder
Alle Sensorwerte werden in einer Datenbank gespeichert. Erscheint den Fachleuten etwa ein Lager suspekt, beobachten sie es über einen längeren Zeitraum und vergleichen die aktuellen mit vergangenen Werten. Dabei verlassen sie sich nicht allein auf mathematische Funktionen oder grafische Darstellungen, sondern auch auf ihre eigene Intuition. So lassen sie sich die Bits und Bytes der Schwingungssensoren mitunter von einer speziellen Software in akustische Klänge umrechnen. Auf diese Weise können die Experten im tiefsten Thüringen gewissermaßen ihr Ohr an ein Getriebe mitten in der Nordsee legen, um die typischen Klopfgeräusche einer defekten Verzahnung zu erlauschen.
Auch bei der Frage, welche Konsequenzen sich aus einem bestimmten Befund ergeben, ist trotz aller Technik wieder der Mensch gefragt. Meldet ein Sensor beispielsweise vermehrte Partikel im Getriebeöl, deutet das auf ein enger gewordenes Spiel zwischen den Zahnrädern hin. Ursache können eine falsche Ausrichtung des Antriebsstrangs sein oder auch starke Böen, die ihre Kraft über den Rotor bis ins Getriebe übertragen haben. Ab einem bestimmten Punkt reicht die Ferndiagnose nicht mehr aus, und Gutachter müssen die Anlage persönlich aufsuchen. Mit einem Endoskop können sie dann die Getrieberäder direkt in Augenschein nehmen. Führt das zu keinem Ergebnis, nehmen sie eine Ölprobe und untersuchen sie im Labor. Die Art und Zusammensetzung der Metallpartikel kann helfen, den Fehler einzugrenzen – das Getriebegehäuse besteht schließlich aus einer anderen Legierung als Wellen, Lager oder Zahnräder.
Anhand solcher Indizien kann entschieden werden, ob ein Windrad sofort angehalten werden muss, um gravierendere Schäden zu vermeiden, oder ob es noch weiterarbeiten kann. Oft reicht es aus, die Leistung des Windrads zu drosseln, um die Mechanik zu schonen. Das bedeutet zwar eine geringere Ausbeute, aber immerhin produziert die Anlage weiter Strom und steht nicht irgendwann mit einem Totalschaden still. Während der ertragreichen Winterstürme ist es oft ein guter Kompromiss, die Reparatur bis zum windschwachen Sommer aufzuschieben. Betreiber großer Windparks können zudem anhand der CMS-Daten den Ersatzteilbestand gezielt managen, denn während des Windenergie-Booms in den letzten Jahren waren Ersatzteile mitunter nur zu exorbitanten Preisen und mit langen Lieferzeiten zu bekommen.
Außerdem ist das kurzfristige Organisieren von Monteuren und Ausrüstung, gerade in den windreichen Monaten, immens aufwendig und teuer. Wer nicht warten kann, muss in der Hochsaison schon mal das Doppelte für einen Kraneinsatz zahlen. Und wer dank CMS ein Bauteil nicht komplett ruiniert, sodass es noch an Bord repariert werden kann, spart sich den Kran gleich ganz. Schon ein einziger Kraneinsatz koste mit rund 15000 Euro mehr als ein gesamtes CMS, sagt Rolf Heggen, Geschäftsführer beim Windkraft-Projektierer Juwi in Wörrstadt. Das Unternehmen betreibt rund 300 Anlagen, ein Drittel davon ist überwacht. "CMS sind ein sinnvolles Instrument", fasst Heggen seine Erfahrungen zusammen.
Obwohl es Condition-Monitoring-Systeme schon seit Jahren gibt, kommt erst jetzt richtiger Schwung in den Markt. "Die Windkraftanlagen werden größer und die Stillstandzeiten teurer", erklärt Jörg Hermann, CMS-Spezialist beim Germanischen Lloyd. Etwa 30 Hersteller bieten derzeit Überwachungssysteme – auch zum Nachrüsten – an. Beim Windradhersteller Nordex gehören sie in fast allen Anlagen zur Serienausstattung. Siemens stattet die Leistungsklasse ab 2,3 Megawatt serienmäßig mit CMS aus, bislang rund 3000 Windräder. Auch Repower setzt bei den meisten Anlagen der Multimegawattklasse auf Ferndiagnose.
Dennoch sind in Deutschland bisher nur rund 3500 der insgesamt 21600 Windräder mit einem CMS ausgestattet. Im Ausland ist die Quote ähnlich. Weshalb schrecken Anlagenhersteller und Betreiber vor einer Installation zurück? Ein Grund dafür dürfte sein, dass die Systeme noch nicht ausgereift sind. Solange kryptische Frequenzspektren der besonderen Interpretation externer Fachleute bedürfen, lassen die Betreiber lieber die Finger davon – sie wollen klare Ergebnisse.
Holger Fritsch glaubt, dass noch ein anderer Aspekt die Verbreitung von CMS bremst: "Man lässt sich nicht so gern in die Karten schauen." Mit CMS-Daten ist nämlich leicht nachvollziehbar, wodurch ein Schaden verursacht wurde: War einfach nur höhere Gewalt im Spiel? Oder hat der Betreiber einer Windkraftanlage bei der Wartung geschlampt? Hat ein Hersteller Komponenten mit Materialfehlern geliefert? Oder ist die gesamte Turbine schlecht konstruiert? Von der Beantwortung dieser Fragen hängt ab, wer für die Reparatur aufkommen muss, bei der es oft um erhebliche Summen geht. Wer die alleinige Hoheit über die CMS-Daten besitzt, hat bei Rechtsstreitigkeiten also einen großen Vorteil. Die Chance, dass Betreiber, Zulieferer und Hersteller mit den CMS-Erkenntnissen gemeinsam das Gesamtsystem Windkraftanlage optimieren, geht durch eifersüchtiges Datenhüten allerdings verloren. "Generell stellt sich der maximale Nutzen eines CMS nur dann ein, wenn die Daten allen Beteiligten zur Verfügung stehen", sagt Repower-Produktmanager Stefan Philipp.
Die Anschaffung und Installation eines CMS kostet rund 10.000 Euro. Für das Auswerten der Daten kommen etwa 800 Euro pro Jahr und Anlage hinzu. Ein Klacks im Vergleich zu einem Getriebeschaden inklusive Produktionsausfall – der kostet schnell das Zehnfache. Vor allem auf Anlagen, deren Garantie abgelaufen ist, rechnet sich ein CMS. Denn dann ist nicht länger der Hersteller für die Schäden verantwortlich, sondern der Betreiber oder seine Versicherung.