SHM.Tower® – Intelligentes und zertifiziertes System zur Überwachung von Turmschwingungen und zur Maximierung der Weiterbetriebszeit

Schwingungsmonitoring ermöglicht proaktive Optimierung

Abhängig von Standort und Betriebsweise einer Windenergieanlage (WEA) variiert die Schwingungsbeanspruchung – insbesondere des Turms – stark. Das Monitoring-System SHM.Tower erfasst diese Beanspruchungen über einen integrierten Sensor. Durch den permanenten Abgleich der aktuellen RMS-Werte mit den geltenden Normen – z.B. ISO 10816-21 und VDI 3834 – ist der Zustand der Anlage jederzeit auf den ersten Blick erkennbar. Turbineneinstellungen und Betriebsweise können kontinuierlich und proaktiv optimiert werden. Bei Überschreitung von im Vorhinein definierten Schwellwerten gibt das System Warnmeldungen aus. WEA mit übermäßiger Beanspruchung werden so sofort identifiziert, Gegenmaßnahmen können eingeleitet werden.

Fundierte Lebensdauerprognose und optimierte Weiterbetriebsgutachten

Windenergieanlagen werden üblicherweise für eine Lebensdauer von 20 Jahren entworfen. Am Ende dieser Entwurfslebensdauer existiert aber häufig ein großes Potenzial für eine Laufzeitverlängerung. Die Entscheidung darüber erfolgt im Rahmen eines Weiterbetriebsgutachtens. Bisher basieren diese üblicherweise auf historischen Betriebs- und Winddaten sowie Turbulenzgutachten. Durch konservative Lastannahmen und die unzureichende Berücksichtigung der Windrichtung – und damit der Verteilung des Lebensdauerverbrauchs auf den Turmquerschnitt – wird das gesamte Potenzial für einen möglichst langen Weiterbetrieb jedoch oftmals deutlich unterschätzt.

SHM.Tower berechnet die real auftretenden und über den Turmquerschnitt verteilten Lasten anhand der im Turm gemessenen Beschleunigungen und ermöglicht so eine exakte Aussage über den tatsächlichen Lebensdauerverbrauch. Auch kritische Extrembedingungen werden direkt erfasst. Somit basiert die Lebensdauerprognose nicht mehr nur auf Annahmen. Die Weiterbetriebsdauer kann maximiert und das gesamte Ertragspotenzial erschlossen werden.

SHM.Tower wurde bereits 2019 von der WindGuard Certification GmbH als Condition Monitoring-System zertifiziert. In 2020 ist auch die implementierte Methodik zur Lastrekonstruktion erfolgreich begutachtet worden. Es konnte nachgewiesen werden, dass SHM.Tower eine Lasterfassung mit einer sehr hohen Genauigkeit ermöglicht und sich daher sehr gut für den Einsatz im Rahmen von Weiterbetriebsgutachten eignet:

„Nachdem gezeigt werden konnte, dass die mit SHM.Tower aufgezeichneten Schwingungsprofile sehr gut die für eine Ermüdung relevante Systemdynamik abbilden, ergeben sich tatsächlich wertvolle Möglichkeiten zur Beurteilung der Weiterbetriebsfähigkeit bei modernen WEA. Zum einen können die aus Schwingungen abgeleiteten DELs zur Validierung und Optimierung des dynamischen Berechnungsmodells herangezogen werden, um damit konservative Sicherheitsfaktoren abzuschmelzen. Zum anderen kann durch die gemessene Lastverteilung im Turmquerschnitt die ermittelte Schädigung von Fundament und Turm reduziert werden. Daraus ergibt sich real eine deutliche Verlängerung des Lebensdauerhorizontes ohne Einbußen an Prognosesicherheit. Das haben wir im Gutachterverfahren nachgewiesen.“

Frank Weise, Geschäftsführer der WindGuard Certification GmbH

Einsatz von Beginn an oder als Retrofit

Sensorik und Elektronik von SHM.Tower sind in einem kompakten Gehäuse verbaut und erlauben eine einfache Installation im Turmkopf der Anlage. Wird das System von Beginn an eingesetzt, werden der Betriebszustand und die verbrauchte Lebensdauer über alle Nutzungsphasen hinweg exakt erfasst – durch den energieautarken Modus selbst während der Errichtung und bei Netzausfällen. Aber auch wenn SHM.Tower als Retrofit nachgerüstet wird, liefert das System – obwohl die Schwingungen der ersten Betriebsjahre nicht vorliegen – im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden signifikant verbesserte Lebensdauerbewertungen. Extrapolationen ermöglichen die Beurteilung über die gesamte Betriebsdauer hinweg.

Nach dem ersten Weiterbetriebsgutachten können Sie die Restlebensdauer Ihrer WEA durch kontinuierliche Überwachung der Schwingungspegel und Turmlasten optimal begleiten.

Die Vorteile von SHM.Tower auf einen Blick:

Maximierte
Weiterbetriebsdauer

Optimierter
Betrieb

Warnmeldungen
bei Schwellwert-
überschreitungen

Fundierte
Asset-Bewertung

Identifizierung von
schwarzen Schafen

Funktionen:

Betriebsoptimierung

  • Messung der Schwingungsbeanspruchung und Ausgabe von Warnmeldungen bei Schwellwertüberschreitungen (ISO 10816-21/VDI 3834)
  • Häufigkeitsverteilung von RMS-Werten (z. B. Jahresgang)
  • Parkmonitoring zum Auffinden von stark beanspruchten Turbinen
  • Monitoring der Eigenfrequenzen (Tracking, Langzeitüberwachung und Trend-Analyse) zur Verifikation der strukturellen Integrität
  • Unwuchtindikator für aerodynamische Unwucht und Massenunwucht (für Windparkmonitoring)

Lebensdauerprognose

  • Lebensdauerprognose für jedes Turmsegment
  • Klassifikation der Beanspruchungen nach Betriebszuständen
  • Trend Lebensdauerverbrauch
  • Valide Aussagen für den Weiterbetrieb der Anlage (auch bei Retrofit)

Performance

  • Energieautarke Monitoring-Funktion (Recording bis zu 3 Monate ohne Energieversorgung)
  • Anbindung an das Wölfel Monitoring-Portal MIC.Tower
  • Schnittstelle für externe Sensorik (dreikanalig, 4-20 mA)
  • Frequenzbereich: 0,1 – 10 Hz
  • Messbereich: ± 2 g

Referenzen

White Paper "Maximierung der Weiterbetriebszeit mit SHM.Tower" 641.92 KB
White Paper "Maximierung der Weiterbetriebszeit mit SHM.Tower"

Bisher basieren Weiterbetriebsgutachten üblicherweise auf historischen Betriebs- und Winddaten sowie Turbulenzgutachten. Durch konservative Lastannahmen und die unzureichende Berücksichtigung der Windrichtung wird das Potenzial für einen möglichst langen Weiterbetrieb jedoch oftmals deutlich unterschätzt. SHM.Tower berechnet die real auftretenden und über den Turmquerschnitt verteilten Lasten anhand der im Turm gemessenen Beschleunigungen und ermöglicht so eine exakte Aussage über den tatsächlichen Lebensdauerverbrauch. Die Weiterbetriebsdauer kann maximiert und das gesamte Ertragspotenzial erschlossen werden. Diese Methodik wurde jetzt von der Deutschen WindGuard erfolgreich begutachtet. In unserem White Paper erfahren Sie alles über die Funktionsweise, das Validierungsprojekt und die Einsatzgebiete.

White Paper "Structural Monitoring to Optimize Lifetime Extension" 1.02 MB
White Paper "Structural Monitoring to Optimize Lifetime Extension"

Structural Intelligence in wind turbines allows for the monitoring and evaluating of the lifetime of the towers during operation. The data collected serves as the basis for lifetime extension assessments: The measured fatigue loads show the actually consumed lifetime of the towers.

White Paper "Lifetime monitoring in turbine towers" 616.89 KB
White Paper "Lifetime monitoring in turbine towers"

A wind turbine is one of the industrial structures with the highest vibration loads within its lifetime. It has to withstand up to 250 million load cycles within approximately 20 years. The vibration loads of wind turbines vary considerably depending on the location and operational mode of the wind turbine.
Even two wind turbines in the same wind farm may differ significantly in their vibration loads. In the design phase, these loads can only roughly be determined leading to potential reserves of turbine’s lifetime during operation.


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Wir unterstützen Sie gerne beim Lösen Ihrer Aufgabe rund um „Schwingungen von Windenergieanlagen“ und beraten Sie bei Fragen zu unserem System- und Dienstleistungsangebot in den Bereichen Structural Health Monitoring, Schwingungsminderung, Schall und Lärm sowie Strukturdesign.

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