Windkraftanlagen sind ein Schlüsselelement beim weltweiten Übergang zur Klimaneutralität. Hier betrachten wir die Sensortechnologie, die ihren sicheren und effizienten Betrieb gewährleistet.
Windkraftanlagen haben eine Lebensdauer von 25 Jahren, und Sensoren spielen eine entscheidende Rolle dabei, diese Lebensdauer zu erreichen. Durch die Messung von Windgeschwindigkeit, Vibrationen, Temperatur und weiteren Parametern gewährleisten diese winzigen Geräte einen sicheren und effizienten Betrieb der Anlagen.
Windkraftanlagen müssen auch wirtschaftlich rentabel sein. Andernfalls gilt ihr Einsatz als weniger praktikabel als andere Formen sauberer Energie oder sogar fossiler Brennstoffe. Sensoren liefern Leistungsdaten, die Windparkbetreiber nutzen können, um die maximale Stromerzeugung zu erreichen.
Die grundlegendste Sensortechnik für Windkraftanlagen erfasst Wind, Vibrationen, Auslenkung, Temperatur und physikalische Belastung. Die folgenden Sensoren helfen dabei, Referenzbedingungen zu ermitteln und Abweichungen von diesen signifikant zu erkennen.
Die Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung ist entscheidend für die Leistungsbewertung von Windparks und einzelnen Windkraftanlagen. Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Funktionalität und Robustheit sind die Hauptkriterien bei der Bewertung verschiedener Windsensoren.
Die meisten modernen Windsensoren arbeiten mechanisch oder mit Ultraschall. Mechanische Anemometer nutzen eine rotierende Schale und einen Flügel zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung. Ultraschallsensoren senden Ultraschallimpulse von einer Seite des Sensors zu einem Empfänger auf der anderen Seite. Windgeschwindigkeit und -richtung werden durch Messung des empfangenen Signals ermittelt.
Viele Betreiber bevorzugen Ultraschall-Windsensoren, da diese keine Neukalibrierung benötigen. Dadurch können sie auch an Orten eingesetzt werden, die für Wartungsarbeiten schwer zugänglich sind.
Die Erfassung von Vibrationen und Bewegungen ist entscheidend für die Überwachung der Integrität und Leistung von Windkraftanlagen. Beschleunigungsmesser werden häufig zur Überwachung von Vibrationen in Lagern und rotierenden Bauteilen eingesetzt. LiDAR-Sensoren dienen oft der Überwachung von Turmvibrationen und der Verfolgung von Bewegungen im Zeitverlauf.
In manchen Umgebungen können die zur Übertragung der Turbinenleistung verwendeten Kupferkomponenten große Hitzemengen erzeugen und dadurch gefährliche Verbrennungen verursachen. Temperatursensoren können leitfähige Bauteile überwachen, die zu Überhitzung neigen, und Schäden durch automatische oder manuelle Fehlerbehebungsmaßnahmen verhindern.
Windkraftanlagen werden so konstruiert, gefertigt und geschmiert, dass Reibung vermieden wird. Besonders wichtig ist die Reibungsvermeidung im Bereich der Antriebswelle. Dies wird primär durch die Einhaltung eines kritischen Abstands zwischen der Welle und den zugehörigen Lagern erreicht.
Wirbelstromsensoren werden häufig zur Überwachung des Lagerspiels eingesetzt. Verringert sich das Lagerspiel, verschlechtert sich die Schmierung, was zu geringerer Effizienz und Schäden an der Turbine führen kann. Wirbelstromsensoren messen den Abstand zwischen einem Objekt und einem Referenzpunkt. Sie sind beständig gegen Flüssigkeiten, Druck und Temperatur und eignen sich daher ideal zur Überwachung des Lagerspiels in rauen Umgebungen.
Datenerfassung und -analyse sind für den täglichen Betrieb und die langfristige Planung unerlässlich. Die Anbindung von Sensoren an eine moderne Cloud-Infrastruktur ermöglicht den Zugriff auf Windparkdaten und eine übergeordnete Steuerung. Moderne Analysemethoden kombinieren aktuelle Betriebsdaten mit historischen Daten, um wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen und automatisierte Leistungswarnungen zu generieren.
Jüngste Innovationen in der Sensortechnologie versprechen höhere Effizienz, geringere Kosten und mehr Nachhaltigkeit. Diese Fortschritte betreffen künstliche Intelligenz, Prozessautomatisierung, digitale Zwillinge und intelligente Überwachung.
Wie viele andere Prozesse hat auch die künstliche Intelligenz (KI) die Verarbeitung von Sensordaten erheblich beschleunigt, um mehr Informationen bereitzustellen, die Effizienz zu steigern und Kosten zu senken. Aufgrund ihrer Funktionsweise liefert KI mit der Zeit immer mehr Informationen. Die Prozessautomatisierung nutzt Sensordaten, automatisierte Verarbeitung und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), um Pitch, Leistung und weitere Parameter automatisch anzupassen. Viele Startups integrieren Cloud Computing, um diese Prozesse zu automatisieren und die Technologie benutzerfreundlicher zu gestalten. Neue Trends bei Windkraftanlagen-Sensordaten gehen über prozessbezogene Fragestellungen hinaus. Die von Windkraftanlagen erfassten Daten werden nun genutzt, um digitale Zwillinge von Turbinen und anderen Windparkkomponenten zu erstellen. Digitale Zwillinge ermöglichen Simulationen und unterstützen Entscheidungsprozesse. Diese Technologie ist von unschätzbarem Wert für die Windparkplanung, die Turbinenkonstruktion, die forensische Analyse, die Nachhaltigkeit und vieles mehr. Sie ist besonders wertvoll für Forscher, Hersteller und Servicetechniker.
Veröffentlichungsdatum: 26. März 2024