Der 200,000-Dollar-Fehler, den Windkraftanlagenbetreiber immer wieder machen

Fehlausrichtungen in Windkraftgetrieben können zu kostspieligen Reparaturen mit Kosten von über 200,000 US-Dollar führen. Regelmäßiges Ausrichten mit Laserwerkzeugen wie RotAlign und OptAlign von Prüftechnik kann Ausfälle verhindern, Ausfallzeiten reduzieren und die Turbineneffizienz maximieren.

• Eine durch Umweltbelastungen und betriebsbedingten Verschleiß verursachte Fehlausrichtung des Getriebes führt zu Vibrationen, Verschleiß und Energieverlust.
• Laserausrichtungswerkzeuge bieten sichere, präzise und effiziente Lösungen zur Aufrechterhaltung der Turbinenzuverlässigkeit.
• Regelmäßige Ausrichtungsprüfungen sorgen für einen reibungsloseren Betrieb und reduzieren kostspielige Ausfallzeiten.

Die Welt ist zunehmend auf saubere Energie aus Windkraftanlagen angewiesen. Während die globalen Entscheidungsträger darum wetteifern, die wachsende Nachfrage nach Windenergie zu decken und die Infrastruktur weiter auszubauen, wird ein Faktor bei der Erzeugung sauberer Energie oft übersehen: die Bedeutung der Wartung bestehender Windkraftanlagen.

Windkraft ist eine der kostengünstigsten Möglichkeiten zur Energieerzeugung, mit durchschnittlichen Stromgestehungskosten von nur 32 US-Dollar pro Megawattstunde (MWh) im Jahr 2022 für landgestützte Projekte. Die Fähigkeit einer einzelnen Windkraftanlage, ihren maximalen Kapazitätsfaktor und ihre Rentabilität zu erreichen, hängt zu einem großen Teil von ihrer Wartung ab. Windkraftanlagen werden voraussichtlich lange halten 20 bis 30 Jahre Nach der Installation und während dieser Zeit ist das Getriebe die Komponente mit den höchsten Wartungskosten.

Windkraftanlagen können nicht ohne das Getriebe betrieben werden, das die niedrige Drehzahl der Turbine in die vom Generator benötigten, deutlich höheren Drehzahlen umwandelt. Getriebe fallen zwar nicht so häufig aus wie andere Komponenten, aber Reparaturen Die Kosten können auf über 200,000 US-Dollar steigen wenn sie es tun.

Neben dem Getriebeaustausch selbst können Kranmiete und Arbeitskosten die Reparaturkosten in die Höhe treiben. Bei Offshore-Windkraftanlagen muss zudem die spezialisierte Hilfe von Technikern berücksichtigt werden, die per Schiff zum Reparaturort kommen. Rechnet man die Einnahmeausfälle durch Ausfallzeiten während der Reparatur hinzu, steigen die Kosten für Windkraftanlagen drastisch, wenn die Getriebe von Windkraftanlagen nicht ordnungsgemäß gewartet werden.

Fehlausrichtung: Ein vermeidbarer Fehler im Wert von 200,000 US-Dollar 

Die Hauptursache für die meisten Getriebeausfälle ist ein einziger Faktor: eine Fehlausrichtung.

In einer Windkraftanlage spielt das Getriebe eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung der niedrigen Drehzahl der Turbinenblätter in die hohe Drehzahl, die der Generator zur Stromerzeugung benötigt. Das Getriebe wirkt über eine Reihe von Zahnrädern als Drehzahlvervielfacher.

Das Getriebe muss mit der vom Rotor der Windkraftanlage angetriebenen Hauptwelle ausgerichtet sein, um eine reibungslose Kraftübertragung zu gewährleisten und die Belastung der Getriebekomponenten zu minimieren. Es muss auch mit der Generatorwelle ausgerichtet sein. Eine Fehlausrichtung kann Vibrationen, übermäßigen Verschleiß, Energieverlust, höhere Wartungskosten und sogar einen kostspieligen Getriebeaustausch verursachen.

Viele Faktoren können letztendlich zu einer Fehlausrichtung führen. Windkraftanlagen sind naturgemäß starken Kräften ausgesetzt, die letztendlich zu einer Fehlausrichtung von Teilen führen können. Einige Ursachen für eine Fehlausrichtung sind:

• Umweltfaktoren, wie etwa extreme Temperaturschwankungen, ungleichmäßiges oder übermäßiges Drehmoment aufgrund schwankender Windgeschwindigkeiten und Blitzeinschläge.
• Betriebsbelastungen, wie etwa ständige Vibrationen durch Windlasten und Rotorbewegungen, die mit der Zeit zu Ermüdung und Verschleiß der Komponenten führen.
• Wartungsfehler, Beispiele hierfür sind eine unzureichende Ausrichtung nach der Erstinstallation, schlecht befestigte Schrauben, eine falsche Montage oder falsche Einstellungen.

Wenn eine Fehlausrichtung nicht erkannt und korrigiert wird, führt dies zu Problemen wie übermäßiger Vibration, Verschleiß an Komponenten wie Lagern und Kupplungen sowie Energieverlust durch Reibung und erhöhte Temperaturen.

Mit der Zeit führt dies zu einem katastrophalen Ausfall, der Reparaturkosten in Höhe von Hunderttausenden von Dollar verursacht. Aufgrund ihrer oft abgelegenen Lage, der enormen Komponentengröße und des Energieverlusts während der Ausfallzeiten verursachen Turbinengetriebe bei unzureichender Wartung exorbitante Reparaturkosten und finanzielle Verluste.

Die Herausforderungen der Getriebeausrichtung

Aufgrund ihrer Größe und des enormen Drehmoments sind herkömmliche Ausrichtungsmethoden nicht möglich. Getriebe und Komponenten befinden sich unter einer Schutzabdeckung, die die Arbeiter während des Rotorbetriebs schützt. Die Abdeckung kann nur entfernt werden, wenn der Rotor gesichert und der Sicherungsstift eingesetzt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Drehmoment auf die Eingangswelle übertragen wird.

Für die Ausrichtung muss jedoch die Abdeckung von den Komponenten entfernt werden, um Zugang zu den Ausrichtungsvorrichtungen zu erhalten, während die Turbine weiterhin gedreht werden kann. Wie können Windkraftgetriebe also mit modernen Werkzeugen sicher und präzise ausgerichtet werden?

Laserausrichtung: Die einzige Möglichkeit, Windturbinengetriebe auszurichten

Die Laserausrichtung ist die einzige sichere und präzise Methode, um beide Kupplungswellen einer Windkraftanlage gemäß den Herstellervorgaben auszurichten und gleichzeitig die Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten. Obwohl die gleichen Sicherheitsanforderungen wie bei Laserausrichtungsverfahren gelten, unterstützen die einzigartigen Funktionen der Laserausrichtungstechnologie von Prüftechnik die Ausrichtung und schützen gleichzeitig die Arbeiter vor Verletzungen.

So verwenden Sie die Ausrichtungsgeräte RotAlign oder OptAlign zur Ausrichtung von Windkraftgetriebe.

1. Zunächst werden die üblichen Sicherheitsmaßnahmen ergriffen, um die Sicherheit der Arbeiter während des Ausrichtungsprozesses zu gewährleisten. Der Rotor wird gesichert, die Betriebsbremse wird betätigt und der Sicherungsstift wird eingesetzt.
2. Anschließend entfernen die Arbeiter die Sicherheitsabdeckung, um die Antriebsverbindung freizulegen. Ein Laser und ein zugehöriger Sensor werden fest auf der gekoppelten Welle montiert. Bei geöffneter Abdeckung werden Betriebsbremse und Verriegelungsstift gelöst. Die Arbeiter vor Ort entfernen sich so weit wie möglich von der Welle.
3. Ohne Sicherheitsmaßnahmen dreht der Wind die Rotorblätter der Turbinenwelle und leitet den Ausrichtungsprozess ein. Der SWEEP-Messmodus ermöglicht die Bestimmung der Ausrichtungsqualität bei einem Drehwinkel von nur 60 Grad. Eine Windturbine kann sich jedoch weit über 60 Grad hinaus drehen und sogar mehrere Umdrehungen absolvieren, bevor sie wieder gestoppt werden kann – ein Umstand, dem die Prüftechnik-Ausrichtungsgeräte Rechnung tragen. Mit aktiviertem SWEEP-Modus ermöglicht der höhere Drehwinkel noch präzisere Messungen, und mehrere Umdrehungen stellen kein Hindernis für die Ausrichtung dar.
4. RotAlign oder OptAlign berechnen die Ausrichtungsergebnisse in nur wenigen Sekunden. Der einzelne Sensor mit zwei Detektorflächen kann die Ausrichtung von jeder beliebigen Position aus berechnen, unabhängig davon, wo sich die Anlage befindet, wenn sie wieder zum Stillstand kommt.
5. Sobald die Turbine zum Stillstand gekommen ist und Laser und Sensor weiterhin montiert sind, werden die Sicherheitsmaßnahmen wiederhergestellt – Rotorbremse angezogen und Rotorbolzen verriegelt. Nach Aktivierung der Bremsvorrichtungen können die Mitarbeiter mit der Neuausrichtung beginnen. Die Live Move-Funktion von Prüftechnik ermöglicht die Echtzeitverfolgung der Ausrichtergebnisse in beiden Achsen, bis die Ausrichtziele erreicht sind.

Unterstützung der Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen – jetzt und in der Zukunft

Die Windenergie hat im letzten Jahrzehnt einen explosionsartigen Anstieg erlebt. 2013 lag die weltweite Produktion bei 635 Terawattstunden (TWh) und stieg nur zehn Jahre später auf 2,325.

Es wird erwartet, dass das Wachstum anhält, da die weltweite Nutzung erneuerbarer Energien zunimmt. Nicht nur die Anzahl der installierten Windkraftanlagen hat zugenommen, auch die Größe der Anlagen selbst hat zugenommen.

Die Größe von Windkraftanlagen steht in direktem Zusammenhang mit ihrer Fähigkeit, Energie aus dem Wind zu gewinnen. Je größer die Anlage, desto mehr Strom kann eine einzelne Anlage erzeugen. In 2013gab es in den USA keine Turbinen mit Rotorendurchmessern über 115 Metern. Zehn Jahre später hatten 98 % der neu installierten Windkraftanlagen größere Rotoren, und der durchschnittliche Rotordurchmesser betrug 133.8 Meter. Diese Verbesserungen ermöglichen zwar eine höhere Energieproduktion, setzen die Turbinenkomponenten aber auch hohen enoch größere Kraft, was sich letztendlich auf ihre Ausrichtung auswirkt.

Fehlausrichtungen in Windkraftanlagen sind die Hauptursache für bis zu 30 % Ausfallzeit, aber eine regelmäßige Ausrichtung kann diese Zahl erheblich reduzieren. Die Empfehlungen der Turbinenhersteller können variieren, aber zumindest sollte die Turbinenausrichtung bei der Inbetriebnahme überprüft werden. sechs Monate nach der IniBauarbeiten und danach einmal jährlich.

Prüftechnik-Laserausrichtungswerkzeuge wie OptAlign und RotAlign ermöglichen eine sichere und präzise Ausrichtung von Windkraftgetrieben. Prüftechnik ist Weltmarktführer für laseroptische Ausrichtungsgeräte. Seine erstklassigen Ausrichtungswerkzeuge helfen Teams, teure Reparaturen zu vermeiden, indem sie einen reibungslosen Turbinenbetrieb und maximale Effizienz gewährleisten.