Bachmann Monitoring GmbH Seite 2

„Konsistentes messtechnisches Daten- und Prozessmanagement für den Betrieb von Offshore WEA “ Holger Fritsch – Geschäftsführer der Bachmann Monitoring GmbH

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Bachmann Monitoring GmbH

Gründung Juli 1998 bis 31.12.2010 als µ - Sen GmbH Mitarbeiter 49

2012 Weltweit erste

Zertifizierung eines integrierten CMS

2001

Einstieg in die Windbranche

2010

erste Offshore- Applikationen (Alpha Ventus)

(Foto:AREVA Multibrid/Jan Oelker 2009)

2008

GL - Zertifizierung

2011

Merger Bachmann

1998 Gründung als µ-Sen GmbH

2006

CMS-Remote Service

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Bachmann in Kürze

Headquarter Feldkirch (Österreich) – Entwicklungs- und Produktionsstandort

Über 470 Mitarbeiter – 20 Nationalitäten

20 Standorte in Europa, USA, China und Indien

Mehr als 85.000 installierte Applikationen in der Windbranche weltweit

Branchen

Industrie &

Maschinenbau Maritim

Wind

Erneuerbare

Energien

Offshore

> 15 years experience

on WTG

Verified on > 4000

WTG

More than

8 GW of monitoring

power

WTG 650KW to

6MW (8MW)

Onshore and

Offshore WTG

WTG portfolio covers 23

OEM Experience

on 80 different gearbox

types

Experience on 10 drive train setups

85 wind farms (from

2 WTG to 200 WTG)

Portfolio covers 54 different

WTG types

Bachmann Monitoring - References / Experience

Lebenszykluskosten (LCC) „Die jährlichen Gesamtkosten der Instandhaltung in Deutschland betragen mehr als 100 Mrd. €“

Kosten Produktions-

anlagen

Konventionelle

Kraftwerke

WEA

Investition 25 % 30% ca. 70-75 %

Energie, Treib-

Brennstoffe usw.

44 % 40% -

Instandhaltung 31 % 30% ca. 25-30%!

CAPEX geplante OPEX ungeplante OPEX

Reduzierung ungeplanter Instandhaltungskosten/OPEX (operating expenditure)

“Profit” = “Windertrag” - CAPEX - OPEX - ungeplante OPEX

CAPEX (capital expenditures): Investition

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Praxisbeispiel - Leistungsreduktion

Dauer geplante Getriebereparatur: 1 – 2 Wochen

Dauer ungeplante Getriebereparatur: 4 – 8 Wochen

Anlagenausfall ca. 9 Monate Leistungsreduzierter Weiterbetrieb

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Diagnose von Windenergieanlagen

Offshore WEA mit CMS (Copyright AREVA Multibrid/Jan

Oelker 2009) Offshore Tripod

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Wesentliche Fehlerursachen

• Lasten bzw. Lastspitzen

• Unwuchten

• Fehlausrichtungen

• Verschleiß

• Servicemängel

• Mangelschmierung

• Montagefehler

• Materialfehler

• Konstruktive Mängel

• Resonanzbereiche Defekter Wälzkörper

Fehlerverteilung WEA, Typ A

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Status Quo von Condition Monitoring Systemen (Triebstrang-CMS)

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Historie und Status Quo des CMS

Geschichte des CM-Monitorings in der Windbranche

1. Phase 2001 - 2005: Einführung von CMS im Betreibermarkt, Lernphase erste Pilotprojekte und CMS als Technologie 2. Phase 2005 - 2009 : Remote CM-Service von CMS Anbieter, erste Serienlieferungen und erste Vollservicepakete 3. Phase 2009 - 2012: Beginn der deutschen Offshore Windbranche und neue CMS Funktionen (z.B. für das Rotorblatt) 4. Phase 2012…: Erstes steuerungsintegriertes CMS, Einbindung von CMS Kennwerten in SCADA Systeme

Status Quo:

Reagieren statt Agieren!

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Messpunkte für die Online-Analyse

Sensor am Hauptlager

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Eingesetzte Sensoren für den Triebstrang

BA

M1

00

• Sensitivity 100 mV/g

• Output IEPE-compatible

• Measuring range 0,5 Hz – 14 kHz

• recommended for monitoring fast rotating components

BA

M5

00

• Sensitivity 500 mV/g

• Output IEPE- compatible

• Measuring range 0,2 Hz – 14 kHz

• recommended for slow rotating components

µ-b

rid

ge

• Sensitivity 0,7 V/N

• Output IEPE-compatible

• Measuring range 0,05 - 1.000 Hz

• recommended for very slow rotating components

Bachmann –

CMS product line

http://www.bachmann.info/gio/

Bachmann electronic –

automation technology module portfolio

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Condition Monitoring System’s - RM Service

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Überrollfrequenz des Innenringes eines Zwischenwellenlagers FAG 22336

24. September fi = 1 mg

25. Dezember fi = 15 mg

23. August fi = 45 mg

Von der Diagnose zum Trend

Entstehung der Spektren

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Diagnostics – main bearing

Service – Fakten:

internetbasierter

CM bzw. Remote Service

Konfiguration

Analyse

Grenzwertüberwachung

Reporting

CMS RM-Service

Motivation für integrale CM-Konzepte

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

IMO-Wind Integrales Monitoringsystem für Offshore-Windenergieanlagen

Integrales Monitoring

Datenfluss

Datenfluss im Projekt „IMO Wind“

Laserbasierte online Rotorblattüberwachung

Lasten, Struktur, Fehlstellung, Eis… (erfassen / beeinflussen Querkräfte, Lasten , Ertrag)

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Installation von Messstrecken 2014 erste Messstrecken in eine 2,5 MW Prototypenanlage „K120“ verbaut

Feldversuche

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Trifft ein fokussierter Licht- oder

Laserstrahl auf die Oberfläche einer flächigen,

ortsauflösenden, fotosensitiven Halbleiterdiode

(PSD), werden Fotoelektronen im Halbleiter

generiert. Der daraus resultierende Fotostrom,

kann an den Rändern über elektrischen

Kontaktierungen (Elektroden) abfließen.

Messung der Auslenkung mittels Position Sensitive Device

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Last-Monitoring

Feldversuche - Signalanalyse

Vergleich Blattbiegung flapwise und elektr. Leistung

Blaue Kurve - DL1 (Blatt 2, flapwise) , Einbautiefe im Rotorblatt ca. 17 m DL … Distanzlaser

Mittlere Blattbiegung flapwise im Vergleich zur mittleren elektr. Anlagenleistung Das Pitchen aus dem Wind bei Volllast begrenzt die Blattlast (bzw. die mittl. Blattbiegung).

ca. 75 min - Abschnitt

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Fazit und Ausblick Rotorblattüberwachung

Last-Monitoring auf Grundlage der Erfassung aller Schwingspiele bzw. Lastwechsel der Rotorblätter. Datenmenge pro Messkanal im Jahr ca. 3 GB (bei 50 Werten pro Sekunde a 16 bit). Alternativ: Rainflow-Zählung.

Eine Abnahme der Blattsteifigkeit führt bei gleicher Leistung zu größeren Blattdurchbiegung. Zusätzlich ist eine Überwachung bekannter Eigenfrequenzen des Blattes möglich.

1. - Einsatz als Lastmonitor (Restlebensdauer)

2. - Strukturmonitor – Blattermüdung, Blattschädigung

3. - Überwachung kritischer Blattlasten

Rainflow-Matrix zur Blattauslenkung

Noch mehr Condition Monitoring

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Turmmonitoring – Lasten, Struktur

„Overview of Rainflow Counts Comparison <YEAR A> - <YEAR B>“

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Unwuchtbestimmung

vWind

• GIO212 integration imbalance

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

CMS: Integration Messwerten, Daten, Informationen und schließlich Wissen

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

CMS: Integration

• Sensorsignal mit und ohne Yaw:

• Trendverlauf mit und ohne Yaw:

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Wind Power SCADA – „WPS“ (Supervisory Control and Data Acquisition)

• Bachmann SCADA System für Wind

• Reine Web-Technologie

• „Ready-to-use“ Wind-Komp. Bibliothek

• Kommunikation via OPC UA (IEC 61400-25)

• Datenhistorisierung

• Kommandos

• Zugriffs- und Benutzerverwaltung nach M1 Standards

• Park - und detaillierte Turbinenansicht

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

WPS – Online Trend

Turbinenübergreifender Live- Trend frei konfigurierbarer Werte der Anlage

Vorgefertigte Konfigurationen für „Wind“, „Power“, „Pitch“, „Yaw“ und „Blade“ schaffen schnelle Übersicht

Historisierung der gewählten Daten

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

WPS – Integration

Integration von Bachmann Condition Based Monitoring (CMS) - Klassierung nach ISO VDI 3834 - Trend

Anbindung an andere Steuerungssystem mit dem M1 Gateway

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

WPS – M1 Gateway

WPS

M1 Gateway

OPC UA Mapping Software

WTT

?

Protokoll, z. B. Profinet RT, …

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Fazit und Ausblick

Last- und Leistungsoptimierte Regelung der WEA ermöglicht den

Betrieb der WEA im Rahmen ihrer Spezifikation und damit die Ausschöpfung des konstruktiven Lebensdauervorrates

Die konsequente Einführung neuer Kommunikationstechnologien (z.B. OPC UA) erlaubt eine universelle Nutzung unterschiedlicher Datenquellen …als Basis der ganzheitlichen CMS Integration

PW: bachmann; User: M1; http://217.5.159.88/ (live Demo)

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Bachmann Monitoring GmbH Fritz-Bolland-Straße 7 07407 Rudolstadt

Tel: +49 3672 /3186 100 Fax: +49 3672 /3186 200

http://www.bachmann.info

Offshoretage in Berlin, 17. und 18. März 2016