Rotorblatt Inspektion Eine sinnvolle und effiziente Grundlage für einen zuverlässigen Anlagenbetrieb Jürgen Schamo Wölfel Beratende Ingenieure GmbH + Co. KG, Germany Rotorblatt Inspektion Windenergietage 2015 Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 1 Kompakt: Experten für Schwingungen Schwingungen IngenieurDienstleistungen Strukturmechanik Systeme + Software Akustik 80+ Mitarbeiter für Mittelstand und Industrie 800+ Projekte / Jahr in Europa + international Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 2 Standorte Büro Hamburg Büro Bremen Büro Berlin Micromega Fernelmont (B) Rotorblatt Inspektion Hauptsitz: Höchberg bei Würzburg Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 3 Experten für Schwingungen Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 4 Leistungen für die Windenergie Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 5 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 6 Kostenkalkulation Offshore: Schaden versus Inspektion Kosten Rotorblatt Produktionskosten (60 m): 250 T€ Normalerweise müssen drei Blätter ersetzt werden 750 T€ Logistik Kosten Blattersatz Einsatz Errichterschiff 100 T€ / Tag Addiert sich schnell auf > 500 T€ Produktionsverlust Blatt-Tausch sehr abhängig von der Wetterlage! Tarif Einspeisung (Deutschland) offshore 13 ct / kWh 5 MW Turbine: 650 € / Volllaststunden @ 330 Volllaststunden pro Monat ( 3.900 pro Jahr) Produktionsverlust pro Monat Gesamtkosten Kalkulationsbeispiel Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 214 T€ > 1.450 T€ Sc, Folie 7 Kostenentwicklung Je später die Identifikation des Fehlers, desto kostenintensiver wird dessen Beseitigung. Design Rotorblatt Inspektion Herstellung Windenergietage Linstow, 2015 Laufender Betrieb Sc, Folie 8 Betreibernutzen Betreiberverantwortung Je früher der Betreiber den Prozess überwacht, desto höher ist die Kostenersparnis Herstellung Montage Third Party Inspection (TPI) und Final Inspection (FAT) • Prozess-Audit • Prozess-Überwachung • Dokumentenprüfung • Endabnahme der Rotorblätter Rotorblatt Inspektion Laufender Betrieb Endabnahme der Rotorblätter vor der Montage Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 9 Kostenkalkulation Offshore: Schaden versus Inspektion Kosten Rotorblatt Produktionskosten (60 m): 250 T€ Normalerweise müssen drei Blätter ersetzt werden 750 T€ Logistik Kosten Blattersatz Einsatz Errichterschiff 100 T€ / Tag Addiert sich schnell auf > 500 T€ Produktionsverlust Blatt-Tausch sehr abhängig von der Wetterlage! Tarif Einspeisung (Deutschland) offshore 13 ct / kWh 5 MW Turbine: 650 € / Volllaststunden @ 330 Volllaststunden pro Monat ( 3.900 pro Jahr) Produktionsverlust pro Monat Gesamtkosten Kalkulationsbeispiel 214 T€ > 1.450 T€ Jede “Third Party Inspection (TPI)” rechnet sich spätestens mit dem ersten verhinderten Rotorblatt-Tausch! Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 10 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Quelle: Badische Zeitung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 11 Ondulationen / Faltenbildung Druckbelastung verursacht interlaminares Schubbeulen in der Ondulationen: • Wegen der reduzierten Steifigkeit der jeweiligen Fasern wird die Last vorwiegend durch die Matrix übertragen. • Bei Überlastung der Matrix entsteht Zwischenfaserbruch. Druckfestigkeit [N/mm²] Definition: welliger Faserverlauf innerhalb des Laminats Lokale Disorientierung der Fasern [°] (Quelle: Schürmann H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden) F F Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 12 Delamination Definition: Trennung einzelner Laminatlagen im Laminataufbau Interlaminare Schubspannung unter oszillierender Last führt zu zunehmender Delamination. F Rotorblatt Inspektion F Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 13 Lufteinschlüsse im Laminat Definition: Lufteinschlüsse im Laminat (= stellenweise fehlende Matrix) Bei Druckbelastung beulen sich die Fasern und brechen in den matrixfreien Raum. Die gebrochenen Fasern vermindern lokal die Zugfestigkeit. F Rotorblatt Inspektion F Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 14 Produktionsfehler Massives Auftreten von Ondulationen (Anzahl und Größe) im Laminat. Die Ondulationen gehen durch die komplette Materialstärke. Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 15 Produktionsfehler Delamination am Rotorblatt: Detektiert bei der Endabnahme durch Akustikprüfung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 16 Produktionsfehler Abgeschliffenes Laminat und freiliegendes Kernmaterial: keine Lastübertragung => Feuchtigkeit kann in das Material eindringen und es schädigen Der Stegflansch sollte vollflächig verklebt sein => kein homogener Kraftfluss => mögliche Stegablösung durch Spannungsspitzen in der Verklebung Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 17 Fakt ist: 4 von 5 Fehlern im laufenden Betrieb haben ihre Ursache im Herstellungsprozess Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 19 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 20 Elemente der TPI Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 21 Elemente der WKP Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 22 Dokumentation und Datenanalyse Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 23 Dokumentation und Datenanalyse Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 24 Agenda 1. Kalkulationsmodell Offshore Möglichkeiten des Betreibers 2. Blatt-Fehler und deren Ursachen Theorie und Praxis 3. Blatt-Inspektion Der Qualität zuliebe 4. Ausblick Eine einzigartige Konstellation Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 25 Heute… • WKP alle 2-4 Jahre • Dazwischen keine weitere Überwachung • Ein Monitoring System schließt diese Lücke Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 26 Heute… SHM.Blade 4) Nacelle -DPU (Data Processing Unit) * damage detection * ice detection * imbalance detection -Interface to WT Controller * EOC data from WTC * Indicators to WTC Ethernet slip ring wireless bridge 3 4 2 1 Rotorblatt Inspektion 3) Hub DAU (Data Acquisition Unit) Windenergietage Linstow, 2015 2) Blade root CB (Connection Box) 1) Blades: SNS (Structural Noise Sensor) Sc, Folie 27 Heute… SHM.Blade Example of early rotor blade damage detection – Damage with the girder • Rotorblatt Inspektion Failure with fast growing rate was detected Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 28 Heute… WKP Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 29 … und Morgen: Unser Konzept Monitoring WKP TPI Intelligentes Rotorblatt-Monitoring - BlattspezifischRotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 30 Expertise TPI/WKP Auditierung von o o o o o Produktionen dreier großer Dänischer Turbinen- bzw. Blatthersteller Produktion eines deutschen Blattherstellers Produktion eines Brasilianischen Rotorblattherstellers „Continous Improvement Management“ bei einem Dänischen Turbinenhersteller … Prozess Monitoring und Endabnahme o o o o Rotorblätter des Offshore Windparks Nordsee Ost (48x Senvion 6.2M) Rotorblätter Windpark Meerwind SüdOst (80x Siemens SWT 3.6/120) Rotorblätter Windpark Baltic 2 (80x Siemens SWT 3.6/120) … Wiederkehrende Prüfungen in o o o o o Schweden Kanada Deutschland Polen … Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wölfel Beratende Ingenieure GmbH + Co. KG Max-Planck-Str.15 97204 Höchberg Germany Dipl.-Ing. Jürgen Schamo Kunststofftechnik Tel.: +49 931 49708-141 [email protected] Tel.: +49 931 49708-600 Fax: +49 931 49708-650 E-Mail: [email protected] www.woelfel.de Rotorblatt Inspektion Windenergietage Linstow, 2015 Sc, Folie 32
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