Lange Lebensdauer und kurze Stillstandszeiten mit Messtechnik von HBM

Windkraftanlagen auf dem Vormarsch: Volle Kraft voraus

Mit modernster Messtechnik unterstützt HBM zukunftsträchtige Wachstumsmärkte wie die Windenergie. Zur Steigerung der Effizienz von Windkraftanlagen ist eine ganzheitliche Lösung gefragt – mit Messtechnik vom Sensor bis zur Software.

Effiziente Windkraftanlagen setzen eine lange Lebensdauer und kurze Stillstandszeiten voraus. Dies hängt im Wesentlichen von der Qualität und zuverlässigen Überwachung der einzelnen Komponenten ab. Dabei stehen Windkraftanlagen auf See (offshore) und an Land (onshore) vor unterschiedlichen Herausforderungen.

Offshore

Auf See müssen die Komponenten im Laufe ihres Lebens ca. zwei Milliarden Lastwechseln standhalten. Es gilt, Stürme ohne Schäden zu überstehen. Wartung und Service sind aufwändig und vor allem teuer. Die benötigten Schiffe kosten mehrere zehntausend Euro pro Tag. Ersatzkomponenten im Wert von sechsstelligen Eurobeträgen müssen bevorratet werden. Zuverlässige Komponenten und eine im Voraus planbare Wartung sind daher sehr wichtig.

Onshore

Geeignete Flächen für Windkraftanlagen im Inland sind limitiert, und die Genehmigungsverfahren können sich lange hinziehen. Deshalb muss die Energieeffizienz der bestehenden Windparks steigen. Im sogenannten Repowering werden ältere Windräder durch leistungsstärkere Windkraftanlagen ersetzt: Die Türme werden höher, die Rotorblätter größer und die auftretenden Kräfte und Drehmomente steigen.

Optimierung des Antriebsstrangs

Getriebe waren bisher eine der Hauptursachen für Stillstandszeiten. Sie unterliegen einem besonders hohen Verschleiß und können bereits nach zehn Jahren ausfallen.

Daher geht der Trend zu optimierten Getrieben, zu niedrigeren Übersetzungen, ja sogar zu getriebelosen Antrieben. Letzteres führt zu einer kürzeren Bauweise mit nur einem Hauptlager. So treiben die langsam drehenden Rotorblätter den Generator direkt an, womit die Drehzahl konstant bleibt, aber das auftretende Drehmoment über den gesamten Antriebsstrang sehr hoch wird.

Der Vorteil des fehlenden Getriebes wird erkauft durch Verwendung vielpoliger Generatoren mit Permanentmagneten, die ihrerseits teure seltene Erden enthalten – ein weiterer Grund, die Lebensdauer der Anlagen zu steigern, um Kosten zu minimieren.

Vom Entwurf bis zum Betrieb: Eine ganzheitliche Lösung

Ob Anlagenentwurf oder -optimierung: Die Effizienz von Windkraftanlagen steht und fällt mit der Qualität der eingesetzten Messtechnik. HBM bietet messtechnische Lösungen für Windkraftanlagen – vom Entwurf bis zum Betrieb.

Software für optimales Design

Bereits in der Entwicklungsphase trägt die Software nCode DesignLife™ von HBM zum optimalen Design der Windkraftanlagen bei. Damit kann die voraussichtliche Lebensdauer kritischer Komponenten bestimmt werden. In der Test- und Fertigungsphase sichern Kraft-, Dehnungs- und Drehmomentaufnehmer sowie eine große Anzahl elektrischer und optischer Dehnungsmessstreifen von HBM die Qualität der Komponenten.

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Die größten Drehmomente

Mit die größten Drehmomente treten in der Windenergieerzeugung auf. So liefert HBM Messwellen zur Drehmomenterfassung bis 5 MNm oder sogar darüber hinaus. Denn die Technologie von HBM gestattet es, noch deutlich größere Drehmomente zu erfassen.

Durch die gemeinsame Forschung mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wird eine hinreichende Rückführbarkeit derart großer Drehmomente sichergestellt. Zur Ermittlung des Wirkungsgrades von Generatoren nach IEC 60034 ist zudem höchsteGenauigkeit gefragt – ebenfalls eine Stärke von HBM.

Kräfte messen für mehr Sicherheit

Kraftaufnehmer sind bei HBM als Serienprodukt bis 5 MN lieferbar, bei Aufbau eines Build-up-Systems können sogar bis zu 15 MN gemessen werden. Besonders kritische Bauteile des Windrades werden von Dehnungsaufnehmern der Serie SLB überwacht.

Die Kraftmessringe KMR von HBM messen den Spannungszustand an geschraubten Ringflanschverbindungen Innerhalb der Anlage und tragen auf diese Weise zur Sicherheit bei.