DE102010014358A1

DE102010014358A1 - Method for increasing service life of wind energy plant, involves determining measure or combination of measures by comparing lowest cost over new service life with cost without service life-extending measure over remaining service life

Info

Publication number: DE102010014358A1
Application number: DE102010014358A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Energiekontor AG
Current assignee: Energiekontor AG
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13

Abstract

The method involves selecting a service life-extending technical measure, and defining unique and annual costs for selecting the technical measure. Multiple statistical service life extensions are determined from annular repair and maintenance cost during simultaneous execution of multiple technical measures. The measure or combination of the measures is determined by comparing lowest statistical annual repair and maintenance cost over a new service life with statistical annual repair and maintenance cost without the service life-extending measure over remaining service life. The service life-extending technical measure is selected from a group comprising oscillation analysis, particle counting, video endoscopy, oil sampling, storage temperature measurement, operation difficulty measurement, side stream filtration, manual inspection, bearing lubrication, bearing over sizing, investigation by a digital camera, resistance test, oscillation monitoring or film coating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlängern der Betriebslebensdauer einer Windenergieanlage, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist.The invention relates to a method for extending the service life of a wind turbine as set forth in claim 1.

In der Zeitschrift „Erneuerbare Energien” 8/2005 ist unter dem Titel „Wann lohnt es sich zu modernisieren?” ein technisch-wirtschaftliches Model beschrieben, mit dem die Auswirkungen von Instandhaltungs-, Modernisierungs- und weiteren Maßnahmen sowie andere Einflüsse wie beispielsweise der Inanspruchnahme von Darlehen, auf die Wirtschaftlichkeit der Anlagennutzung ermittelt werden können. Im Vordergrund steht die Ertragssteigerung oder Maximierung der Liquidität. Die Auswirkung der Durchführung unterschiedlicher Kombinationen von betriebslebensdauerverlängernden Maßnahmen wird nicht weiter untersucht.In the journal "Renewable Energies" 8/2005 under the title "When is it worthwhile to modernize?" A technical-economic model is described, with which the effects of maintenance, modernization and other measures as well as other influences such as the claim of loans, on the economics of plant use can be determined. The focus is on increasing earnings or maximizing liquidity. The impact of implementing different combinations of life extension measures will not be further investigated.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Betriebslebensdauer einer Windenergieanlage zu verlängern, insbesondere die Betriebslebensdauer einzelner Hauptkomponenten wie beispielsweise Getriebe, Generator oder Rotor, wobei dieses Ziel zu kalkulierbaren und möglichst niedrigen Kosten erreicht werden soll und die Reparatur- und Instandhaltungskosten minimiert werden sollen.The object of the invention is to extend the service life of a wind turbine, in particular the service life of individual main components such as gear, generator or rotor, this goal is to be achieved to calculable and the lowest possible cost and repair and maintenance costs to be minimized.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Betriebslebensdauer von Windenergieanlagen von derzeit üblichen 20 Jahren auf mindestens 30 Jahre zu verlängern, selbstverständlich ebenfalls zu betriebswirtschaftlich sinnvollen Kosten.Another task is to extend the service life of wind turbines from the current 20 years to at least 30 years, of course, also to economically reasonable costs.

Für jede einzelne Komponente einer Windenergieanlage, die in die Gesamtbetrachtung eingehen soll, wie beispielsweise Getriebe, Generator, Rotor, Hauptlager, Transformator oder Umrichter, wird jeweils ein sogenannter Grundfall definiert, der eine umfassende statistische Auswertung aller wesentlichen Komponentenschäden sowie der zugehörigen, nach Schadensklassen aufgeschlüsselten Reparaturkosten umfasst.For each individual component of a wind turbine, which is to go into the overall consideration, such as gearbox, generator, rotor, main bearing, transformer or inverter, a so-called case is defined in each case, a comprehensive statistical evaluation of all significant component damage and the associated, broken down by damage classes Repair costs includes.

Anschließend werden die Restlebensdauern der einzelnen Komponenten prognostiziert, auf der Basis umfassender statistischer Daten wie Komponentenalter, Videoendoskopien (Getriebe), Schadensauswertungen usw. Damit ergeben sich für den Grundfall einer jeden Komponente in Bezug auf eine bestimmte Leistungsklasse eines Windenergieanlagen-Herstellers oder eines Windeenergieanlagentyps auf der Basis der prognostizierten Lebensdauer statistisch durchschnittlich zu erwartende jährliche Reparatur- und Instandhaltungskosten, für die entsprechende finanzielle Rücklagen zu bilden sind.Subsequently, the remaining lifetimes of the individual components are predicted on the basis of comprehensive statistical data such as component age, video endoscopy (gearboxes), damage evaluations, etc. Thus, the basic case of each component with respect to a specific power class of a wind turbine manufacturer or a wind turbine type on the Based on the projected lifetime statistically average annual repair and maintenance costs, for which appropriate financial reserves have to be formed.

Um die Lebensdauer einzelner Komponenten einer Windenergieanlage zu verlängern, gibt es verschiedene technische Maßnahmen, mit denen eine jeweilige Komponente aus- oder nachgerüstet werden kann und die die jeweilige Lebensdauer verlängern können. Für ein Getriebe ist dies zum Beispiel: Schwingungsanalyse (Condition Monitoring System), Partikelzähler, Videoendoskopie, Ölprobennehmer, Temperaturmessung am Lager, Bemessung der Getriebeschwergängigkeit, Einrüstung einer Nebenstromfiltration.In order to extend the service life of individual components of a wind turbine, there are various technical measures with which a respective component can be equipped or retrofitted and which can extend the respective service life. For a gearbox, this includes, for example: vibration monitoring (condition monitoring system), particle counter, video endoscopy, oil sampler, temperature measurement in the warehouse, dimensioning of the transmission resistance, installation of a secondary flow filtration.

Für jede dieser einzelnen Maßnahmen lässt sich eine statistisch zu erwartende Lebensdauerverlängerung der damit ausgerüsteten Komponente angeben, wobei mit jeder installierten bzw. durchgeführten Maßnahme Kosten (Investitionskosten/oder laufende Betriebskosten) verbunden sind.For each of these individual measures, a statistically expected service life extension of the component equipped with it can be stated, with each installed or performed measure being associated with costs (investment costs / or ongoing operating costs).

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die Instandhaltungskosten dadurch zu optimieren oder zu minimieren, dass die Auswirkung von unterschiedlichen Kombinationen von Maßnahmen betrachtet wird und durch eine optimale Kombination das Minimum der jährlichen Reparatur- und Instandhaltungskosten berechnet bzw. erzielt wird.The invention is based on the idea of optimizing or minimizing the maintenance costs by considering the effect of different combinations of measures and calculating or achieving the minimum of the annual repair and maintenance costs by an optimal combination.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Windenergieanlagen-Typ ausgewählt, dessen Betriebslebensdauer verlängert werden soll oder bei dem die jährlich zu erwartenden Reparatur- und Instandhaltungskosten minimiert werden sollen, und weiterhin wird eine schadensgefährdete Komponente dieses Windenergieanlagen-Typs ausgewählt, beispielsweise das Getriebe.In a first step of the method according to the invention, a type of wind turbine is selected, whose service life is to be extended or in which the annually expected repair and maintenance costs are to be minimized, and further a vulnerable component of this type of wind turbine is selected, such as the transmission.

In einem zweiten Schritt werden mehrere Schadensarten der ausgewählten schadensgefährdeten Komponente, in diesem Fall des Getriebes, festgelegt, und für jede Schadensart mindestens eine Behebungsmaßnahme. Bei einem Getriebe kommen folgende Schadensarten beispielhaft in Betracht: Wälzlagerdefekte des Getriebes, Unregelmäßigkeiten an der Verzahnung der Getriebestufen, Fehler an Wellen, Unwuchten, Ausrichtfehler. Behebungsmaßnahmen sind beispielsweise Reparatur oder Austausch eines Lagers, Austausch von Zahnrädern oder Zahnräderpaaren, Austausch einer Welle, Behebung einer Unwucht oder Lagejustierung eines rotierenden Elements.In a second step, several types of damage of the selected damage-endangered component, in this case the transmission, are determined, and for each type of damage at least one remedial action. In the case of a gearbox, the following types of damage are considered as examples: Rolling bearing defects of the gearbox, irregularities in the toothing of the gear stages, errors on shafts, imbalances, alignment errors. Corrective measures are, for example, repair or replacement of a bearing, replacement of gears or pairs of gears, replacement of a shaft, correction of imbalance or positional adjustment of a rotating element.

In einem weiteren Schritt wird eine Datenbank oder Datensammlung mit einer Vielzahl von Schadensereignissen, die an gleichartigen Komponenten, beispielsweise Getrieben, des ausgewählten Windenergieanlagen-Typs in der Vergangenheit bereits aufgetreten sind, entweder anhand vorliegender Unterlagen erstellt, oder aber es wird auf eine bereits existierende Datenbank zugegriffen. In dieser Datenbank bzw. Datensammlung sind in Zuordnung zu jedem einzelnen Schadensereignis das Betriebslebensalter der jeweiligen Komponente (in diesem Beispiel des Getriebes) bei Schadenseintritt, die Schadensart, die jährlichen Reparatur- und Instandhaltungskosten sowie die zu dem eingetretenen Schaden gewählte Behebungsmaßnahme oder die Behebungsmaßnahmen gespeichert.In a further step, a database or data collection having a multiplicity of damage events which have already occurred on similar components, for example transmissions, of the selected wind turbine type in the past is either prepared on the basis of existing documents or else it is based on an already existing database accessed. In this database or data collection in association with each individual damage event, the working life of the respective component (in this Example of the gearbox) at the time of the occurrence of the loss, the type of damage, the annual repair and maintenance costs as well as the corrective action chosen for the damage incurred or the remedial measures.

Es ist vorteilhaft, wenn jeder neu eintretende Schaden entsprechend in die vorgenannte Datenbank bzw. Datensammlung eingepflegt wird, mindestens mit den genannten Informationen betreffend das Schadensereignis, so dass die Datensammlung eine größtmögliche Anzahl von Schadensereignissen umfasst und eine aussagekräftige Grundlage für die Ableitung statistischer Aussagen bietet. Erfasst werden auch betriebslebensdauerverlängernde Maßnahmen, die ggf. vor Schadenseintritt an der betreffenden Komponente durchgeführt worden sind.It is advantageous if each newly occurring damage is appropriately incorporated into the aforementioned database or data collection, at least with the information relating to the damage event, so that the data collection comprises a maximum number of damage events and provides a meaningful basis for the derivation of statistical statements. Also included are service life-prolonging measures that may have been carried out prior to the occurrence of damage to the component in question.

In einem weiteren Schritt werden auf der Grundlage der vorgenannten Datensammlung und der erfassten Schadensereignisse statistisch zu erwartende jährliche Reparatur- und Instandhaltungskosten der ausgewählten Komponente, hier Getriebe, ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt insbesondere in Zuordnung zu mindestens einer Behebungsmaßnahme, die sich zur Behebung des erfassten Schadens eignet. Weiterhin wird eine statistisch zu erwartende Restbetriebsiebensdauer der ausgewählten Komponente ermittelt, die auch als Grundfall-Restbetriebslebensdauer bezeichnet wird.In a further step, statistically expected annual repair and maintenance costs of the selected component, in this case transmissions, are determined on the basis of the aforementioned data collection and the recorded damage events. This determination is made, in particular, in association with at least one remedial action which is suitable for remedying the damage recorded. Furthermore, a statistically expected Restbetriebssushesdauer the selected component is determined, which is also referred to as the basic case remaining operating life.

In einem nächsten Schritt wird zunächst eine betriebslebensdauerverlängernde technische Maßnahme ausgewählt, die bei der betrachteten Komponente angewendet werden kann, wie beispielsweise Schwingungsanalyse („CMS”), Partikelzählung, Videoendoskopie, Ölprobennahme, Lager-Temperaturmessung, Getriebeschwergängigkeitsmessung, Nebenstromfiltration, und es werden die einmaligen und jährlichen Kosten für die Durchführung einer solchen Maßnahme bestimmt.In a next step, first, a lifetime extension technique is selected that can be applied to the considered component, such as vibration analysis ("CMS"), particle counting, video endoscopy, oil sampling, bearing temperature measurement, transmission transient measurement, sidestream filtration, and the unique and annual cost of implementing such a measure.

Daneben wird für jede einzelne derartige ausgewählte technische Maßnahme eine statistisch zu erwartende Betriebslebensdauerverlängerung und statistisch zu erwartende jährliche Reparatur- und Instandhaltungskosten der ausgewählten Komponente ermittelt, für den Fall, dass die betreffende Maßnahme allein für sich angewendet wird. Diese Daten (Betriebslebensdauerverlängerung und Reparatur- und Instandhaltungskosten) werden für jede einzelne vorgenannte technische Maßnahme bestimmt.In addition, a statistically expected service life extension and statistically expected annual repair and maintenance costs of the selected component shall be established for each such selected technical measure in case the measure is applied on its own. These data (service life extension and repair and maintenance costs) are determined for each and every one of the aforementioned technical measures.

In einem weiteren Schritt werden ausgehend von den vorgenannten Betriebslebensdauerverlängerungen und Kosten, die für die einzelnen Maßnahmen bestimmt worden sind, statistisch zu erwartende Betriebslebensdauerverlängerungen und statistisch zu erwartenden jährliche Reparatur- und Instandhaltungskosten ermittelt, jeweils für den Fall der gleichzeitigen Durchführung mehrere betriebslebendauerverlängernder Maßnahmen. In diesem Schritt wird jede mögliche oder technisch sinnvolle Kombination von betriebslebensdauerverlängernden Maßnahmen betrachtet, und für jede Kombination von Maßnahmen werden die aus den einzelnen Maßnahmen resultierenden Betriebslebensdauerverlängerungen, die im vorhergehenden Schritt bestimmt worden waren, und die vorab ermittelte Grundfall-Restbetriebslebensdauer zu einer neuen Betriebslebensdauer addiert.In a further step, on the basis of the abovementioned service life extensions and costs determined for the individual measures, statistically expected service life extensions and statistically expected annual repair and maintenance costs are determined, in each case for the case of the simultaneous performance of several service life-extending measures. In this step, every possible or technically meaningful combination of service life extending measures is considered, and for each combination of measures, the operating life extensions resulting from the individual measures, which were determined in the previous step, and the previously determined base case remaining operating life are added to a new service life ,

In einem weiteren Schritt werden diejenigen Maßnahme oder die jenige Kombination von Maßnahmen bestimmt, bei deren Durchführung sich die geringstmöglichen statistisch zu erwartenden jährlichen Reparatur- und Instandhaltungskosten über die im vorhergehenden Schritt ermittelte neue Betrieblebensdauer ergeben, im Vergleich zu den statistisch zu erwartenden jährlichen Reparatur- und Instandhaltungskosten ohne eine betriebslebensdauerverlängernde Maßnahme über die Grundfall-Restbetriebslebensdauer. Die so bestimmte Maßnahme oder Kombination von Maßnahmen wird anschließend durchgeführt.In a further step, the measure or combination of measures is determined, the lowest possible statistically expected annual repair and maintenance costs over the new operating lifetime determined in the previous step, compared to the statistically expected annual repair and maintenance costs Maintenance costs without a service life extending measure over the base case remaining operating life. The action or combination of measures so determined will subsequently be carried out.

Es ist also wesentlich, dass bei einer Betrachtung einer Kombination von Betriebslebensdauerverlängernden Maßnahmen nicht einfach die sich aus den einzelnen technischen Maßnahmen ergebenden Einsparungen unmittelbar aufaddiert werden können, sondern dass die durch die einzelnen Maßnahmen bewirkten Lebensdauerverlängerungen aufaddiert werden und davon ausgehend die Kosteneinsparungen berechnet werden. Dieser Ansatz trifft dann am besten zu, wenn die einzelnen betrachteten betriebslebensdauerverlängernden Maßnahmen betreffend eine Komponente jeweils einen unterschiedlichen technischen Ansatz verfolgen und damit unabhängig voneinander lebensdauerverlängernd für die Komponente wirken.It is therefore essential that, when considering a combination of life-extension measures, it is not easy to directly add up the savings resulting from each technical measure, but to add up the lifespan extensions resulting from each measure, and to calculate the cost savings. This approach is most appropriate if the individual life-extension-extension measures considered for one component each have a different technical approach and thus, independently of one another, have a life-prolonging effect on the component.

Da die Möglichkeit besteht, dass einzelne Maßnahmen einer gewissen gegenseitigen Abhängigkeit unterliegen, so dass die betriebslebensdauerverlängernden Auswirkungen der Einzelmaßnahmen bei gleichzeitiger Durchführung möglicherweise nicht vollständig addiert werden können, ist es zweckmäßig, die Eintrittswahrscheinlichkeitsparameter für bestimmte Schadensereignisse bei jeder Reparatur und jedem Komponentenwechsel zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. Für eine bestimmte Komponente eines bestimmten Windenergieanlagen-Typs kann sich somit nach einer gewissen Zeit, etwa nach einigen Jahren, eine andere kostenoptimale Maßnahmenkombination ergeben als dies gegenwärtig der Fall ist. Ein konkretes Beispiel hierfür findet sich nachfolgend anhand der Komponente „Getriebe” anschließend an die Ausführungen zur Nebenstromfiltration.Since there is a possibility that some measures may be interdependent, so that the lifetime extension effects of the individual measures may not be fully cumulative, it is appropriate to review the probability of occurrence of certain damage events at each repair and component change and, where appropriate adapt. For a given component of a given type of wind turbine, a cost-effective combination of measures may therefore result after a certain time, for example after a few years, from what is currently the case. A concrete example of this can be found below on the basis of the component "gear" following the comments on the bypass flow filtration.

Bei einzelnen betriebslebensdauerverlängernden Maßnahmen, wie etwa bei der Maßnahme „Partikelzählung” (für Getriebe), kann die Besonderheit bestehen, dass die Berechnung der Kosteneinsparung nicht über die Berechnung der auf eine längere Gesamtlebensdauer umgeiegten Fixkosten erfolgt, sondern über sich ändernde Parameter bei den Eintrittswahrscheinlichkeiten für bestimmte Schadensereignisse. Der Partikelzähler soll die die Komponente überwachenden Techniker befähigen, sich anbahnende Schäden frühzeitig zu detektieren, nämlich bei Eintritt eines relativ kleinen Schadens, aber noch vor Eintritt eines größeren Folgeschadens. In the case of individual life-prolonging measures, such as the "particle counting" measure (for gearboxes), there may be a peculiarity that the calculation of cost savings is not based on the calculation of the fixed costs converted to a longer total life, but on changing parameters of the probabilities of occurrence for certain damage events. The particle counter is intended to enable the component monitoring technicians to detect early oncoming damage, namely on the occurrence of a relatively small damage, but even before the occurrence of major consequential damage.

Nachfolgend werden am Beispiel der Komponente „Getriebe” eine Reihe von möglichen lebensdauerverlängernden technischen Maßnahmen erläutert.Below, a number of possible life-prolonging technical measures are explained using the example of the component "transmission".

1. Schwingungsanalyse (CMS, Condition Monitoring System)1. Vibration Analysis (CMS, Condition Monitoring System)

Unter der Schwingungsanalyse versteht man die Messung und Auswertung von Schwingungen im Triebstrang (Getriebe, Hauptwelle, Hauptlager). Beschleunigungssensoren, die an den Lager und am Gehäuse des Getriebes angebracht werden, messen die auftretende Schwingungen. Mit Hilfe einer rechnergestützten Auswertung wird eine automatisierte Frequenz- und Ordnungsanalyse (Schwingungsanalyse) durchgeführt, wobei Wälzlagerdefekte, Unregelmäßigkeiten an der Verzahnung von Getriebestufen sowie Fehler an Wellen, Unwuchten und Ausrichtfehler erkannt werden können. Die gemessenen Schwingungen werden dabei mit den Schwingungen verglichen, die gemäß der kinematischen Daten des Getriebes theoretisch auftreten dürften. Alle Spektren (Hüllkurvenspektren, Ordnungsspektren und Hüllkurvenordnungsspektren) werden auf besonders auffällige Spitzenwerte untersucht. Diese auffälligen Spitzenwerte werden anschließend anhand der Kinematik des Antriebs auch für schadenstypische Muster untersucht. So können sich anbahnende Schäden frühzeitig erkannt werden.Vibration analysis is the measurement and evaluation of vibrations in the drive train (transmission, main shaft, main bearing). Acceleration sensors, which are attached to the bearing and the housing of the gearbox, measure the vibrations that occur. Automated frequency and order analysis (vibration analysis) is carried out with the aid of a computer-assisted evaluation, whereby rolling bearing defects, irregularities in the teeth of gear stages as well as errors in waves, imbalances and alignment errors can be detected. The measured vibrations are compared with the vibrations, which should theoretically occur according to the kinematic data of the gearbox. All spectra (envelope spectra, order spectra, and envelope order spectra) are examined for particularly prominent peaks. These conspicuous peak values are then examined on the basis of the kinematics of the drive, even for damage-typical patterns. This way, any damage can be detected at an early stage.

2. Partikelzähler2. particle counter

Ein Partikelzähler scannt induktiv metallische Rückstände im Schmieröl, so dass sich anbahnende Getriebeschäden schon sehr frühzeitig vor einem Totalschaden erkennen lassen. Ein Partikelzähler besteht aus einem Sensor und einem Alarmmodul. Der Sensor wird vor dem Haupt- oder Nebenstromfilter des Getriebes in das Schmiersystem eingebaut. Jeder Metallpartikel generiert im Sensor einen elektrischen Impuls, der an das Alarmmodul übermittelt wird. Die absolute Anzahl der gescannten Metallpartikel und der Anstieg im Zeitverlauf beschreiben den Getriebezustand und die Schadensentwicklung. Es werden individuelle Alarmgrenzen festgelegt, deren Überschreitung im Alarm-Modul angezeigt wird. Die Anzahl gescannter Metallpartikel korreliert direkt mit der Schädigung des Getriebes.A particle counter inductively scans metallic residues in the lubricating oil so that imminent gear damage can be detected at a very early stage against a total loss. A particle counter consists of a sensor and an alarm module. The sensor is installed in the lubrication system before the main or bypass filter of the transmission. Each metal particle generates an electrical pulse in the sensor, which is transmitted to the alarm module. The absolute number of scanned metal particles and the increase over time describe the transmission state and damage development. Individual alarm limits are defined, the exceeding of which is displayed in the alarm module. The number of scanned metal particles correlates directly with the damage to the gearbox.

3. Videoendoskopie3. Video endoscopy

Die Videoendoskopie ist eine visuelle Untersuchung mit Hilfe einer Videokamera. Ein Gutachter interpretiert etwaige Schadensbilder und gibt Handlungsempfehlungen. Schwer einsehbare Bereiche eines Getriebes können so sicher und schnell überprüft werden. Ziel ist die Visualisierung und Zustandsbeurteilung hinsichtlich eventueller Schäden an Zahnflanken und Lager. Oberflächen von Laufbahnen und Wälzkörpern sind gut einsehbar, und von auffallenden Stellen oder Flächen können Bilder gemacht werden.Videoendoscopy is a visual examination using a video camera. An appraiser interprets any damage and gives recommendations for action. Hard-to-see areas of a gearbox can be checked so safely and quickly. The aim is to visualize and assess the condition of any damage to tooth flanks and bearings. Surfaces of raceways and rolling elements are clearly visible, and images of conspicuous areas or areas can be made.

4. Ölprobennehmer4. Oil sampler

Wenn Ölproben nicht nach einem genormten oder standardisierten Verfahren gewonnen werden, sind die Ergebnisse individuell davon abhängig an welcher Stelle (nahe des Ölsumpfs, mitten im Öl oder nahe an der Oberfläche) bzw. zu welchem Zeitpunkt (Absetzen von Partikeln) die Probe genommen wird. Dadurch sind die Proben nur schwer miteinander vergleichbar (sowohl anlagenhistorisch als auch hinsichtlich Quervergleichen zwischen verschiedenen Anlagen) und damit wenig aussagekräftig. Dieses Problem lässt sich mit Hilfe eines Ölprobennehmers, der über ein entfernbares Behältnis mit einer Ölprobe verfügt, vorbeugen. Es wird gewährleistet, dass die Bedingungen der Probennahme stets gleich sind.If oil samples are not collected by a standardized or standardized method, the results are individually dependent on where (near the oil sump, in the middle of the oil or near the surface) or at which point (settling of particles) the sample is taken. As a result, the samples are difficult to compare (both in terms of plant history and in terms of cross-comparisons between different plants) and therefore not very meaningful. This problem can be prevented by using an oil sampler with a removable container containing an oil sample. It is ensured that the conditions of sampling are always the same.

5. Lager-Temperaturmessung5. Bearing temperature measurement

An den Getriebelagern werden Temperaturmessanlagen angebracht, um direkt an den Lagern die Temperatur permanent messen zu können. Überschreiten die Temperaturen einen gewissen Schwellenwert, kann darin eine Indikation für einen möglichen Lagerschaden liegen. Diese Messwerte sollten stets in Verbindung mit anderen Indikatoren betrachtet werden.Temperature measuring systems are mounted on the gearbox bearings in order to be able to permanently measure the temperature directly at the bearings. If the temperatures exceed a certain threshold value, this may be an indication of a possible bearing damage. These measurements should always be considered in conjunction with other indicators.

6. Getriebe-Schwergängigkeitsmessung6. Transmission-compliance measurement

Die Schwergängigkeit eines Getriebes kann als Indikator für einen möglichen Getriebeschaden gewertet werden. Über einen Drehmomentsensor an dem Getriebeeingang wird die in das Getriebe eingehende Leistung mit der aus dem Getriebe austretenden (produzierten) Wirkleistung verglichen. Unterschreitet der Wirkungsgrad einen gewissen Schwellenwert, kann dies ein Indikator für einen möglichen Getriebeschaden sein. Auch dies sollte stets in Verbindung mit anderen Indikatoren betrachten werden.The stiffness of a transmission can be considered as an indicator of a possible transmission damage. A torque sensor at the transmission input is used to compare the power input into the transmission with the active power output from the transmission. If the efficiency falls below a certain threshold value, this can be an indicator of possible transmission damage. Again, this should always be considered in conjunction with other indicators.

7. Nebenstromfiltration 7. By-pass filtration

Eine Nebenstromfiltration kann bei Getrieben von Windenergieanlagen nachgerüstet werden. Nebenstromfilteranlagen laufen kontinuierlich und befinden sich in der Regel am tiefsten Punkt des Getriebes, wodurch die Filtrierung des Getriebeöls erheblich verbessert wird. Bei der Nebenstromfiltration wird der Filter in einem vom Hauptstrom getrennten Kreislauf, der mit einer eigenen Pumpe ausgerüstet ist, angeordnet. Dadurch erhöht sich die Lebenserwartung des Getriebes.A sidestream filtration can be retrofitted to transmissions of wind turbines. Bypass filter systems run continuously and are usually at the lowest point of the transmission, which significantly improves the filtration of the transmission oil. In bypass filtration, the filter is placed in a separate circuit from the main flow, which is equipped with its own pump. This increases the life expectancy of the transmission.

Das folgende konkretisierende hypothetische Beispiel soll die vorgenannte Anpassung von Eintrittswahrscheinlichkeiten erläutern.The following concrete hypothetical example is intended to explain the aforementioned adaptation of occurrence probabilities.

Für die Komponente „Getriebe” eines Windenergieanlagentyps wird als kostenoptimales Maßnahmepaket die Einrüstung einer Nebenstromfiltration, eines Partikelzählers, eines Ölprobennehmers sowie die Einrichtung eines Ersatzteilpools ermittelt. Die Wahrscheinlichkeit für das Schadensereignis „Gesamtreparatur” gegenüber einer Teilreparatur im Falle eines Getriebeschadens wurde auf Basis empirischer Daten mit 30% ermittelt.For the component "transmission" of a wind turbine type, the installation of a bypass filtration, a particle counter, an oil sampler and the establishment of a spare parts pool is determined as a cost-optimal measure package. The probability of the damage event "total repair" compared to a partial repair in the case of a transmission damage was determined on the basis of empirical data with 30%.

Zwei Jahre nach Einrüstung der drei erstgenannten technischen Maßnahmen (Nebenstromfiltration, Partikelzähler, Ölprobennehmer) verlangsamt sich der Verschleiß des Getriebes dieses Windenergieanlagentyps (Nebenstromfiltration), außerdem verbessert sich die Prognosengenauigkeit sich anbahnender Getriebeschäden (Partikelzähler, Ölprobennehmer). Dadurch kann eine gewisse Anzahl von Getriebetotalschäden vermieden werden und statt dessen werden lediglich Teilreparaturen defekter oder verschlissener Getriebebauteile notwendig (z. B. Lager). Das hat zur Folge, dass der Anteil sogenannter „Gesamtreparaturen” gegenüber „Teilreparaturen” auf 20% sinkt.Two years after the introduction of the first three technical measures (by-pass filtration, particle counter, oil sampler), the wear of the transmission of this type of wind turbine (by-pass filtration) slows down and the accuracy of forecasting impending gear damage (particle counter, oil sampler) improves. As a result, a certain number of total gear damage can be avoided and instead only partial repairs of defective or worn gear components are necessary (eg bearings). As a result, the proportion of so-called "total repairs" compared to "partial repairs" drops to 20%.

Diese signifikante Reduktion könnte zur Folge haben, dass der eingerichtete Ersatzteilpool nicht mehr kostenoptimal ist, da z. B. Lager- bzw. Vorhaltekosten für ein Ersatzgetriebe zu kostenintensiv werden und somit die Kombination Nebenstromfiltration, Partikelzähler und Ölprobennehmer als neues kostenoptimales Maßnahmepaket ermittelt wird.This significant reduction could mean that the set spare parts pool is no longer cost-optimal, because z. B. storage or reserve costs for a replacement gearbox are too expensive and thus the combination of by-pass filtration, particle counter and oil sampler is determined as a new cost-optimal package of measures.

Bei der Komponente „Generator” können insbesondere folgende betriebslebensdauerverlängernde Maßnahmen gewählt werden:In the case of the component "generator", in particular the following operating life-prolonging measures can be selected:

1. Manuelle Generator-Inspektion1. Manual generator inspection

Manuelle Generator-Inspektionen werden regelmäßig halbjährlich im Rahmen der Anlagenwartung durchgeführt, wobei insbesondere die beiden Generatorlager auf Schäden untersucht werden.Manual generator inspections are carried out regularly every six months as part of the plant maintenance, whereby the two generator bearings in particular are examined for damage.

2. Schwingungsanalyse2. Vibration analysis

Die Schwingungsanalyse für das Getriebe ist entsprechend für die Generatorlager anwendbar. An ein bestehendes CMS für ein Getriebe können zwei weitere Sensoren für die Lager des Generators angeschlossen werden.The vibration analysis for the gearbox is applicable for the generator bearings. Two additional sensors for the bearings of the generator can be connected to an existing CMS for a gearbox.

3. Lager-Temperaturmessverfahren3. Bearing temperature measurement method

An den Generatorlagern werden Temperaturmesssensoren angebracht, um direkt an den Lagern die Temperaturen permanent messen zu können. Eine Überschreitung eines Schwellenwerts kann als Indikator für einen möglichen Lagerschaden gewertet werden.Temperature sensors are mounted on the generator bearings to permanently measure temperatures directly at the bearings. Exceeding a threshold value can be considered as an indicator of a possible bearing damage.

4. Lager-Permanentschmierung4. Bearing permanent lubrication

Durch eine Permanentschmierung der Lager soll der Lagerlauf optimiert und der Verschleiß minimiert werden, mit dem Ziel einer höheren Lebenserwartung der Lager. Üblicherweise wird im Rahmen der Wartung neues Lagerfett aus aufgesetzten Kartuschen in das Lager gedrückt, bis das alte Lagerfett aus dem Fettaustritt herausquillt. Es ist jedoch keine Kartusche zur Permanentschmierung an den Lager dauerhaft angebracht.Through a permanent lubrication of the bearings, the bearing life is optimized and the wear minimized, with the aim of a higher life expectancy of the bearings. Usually, as part of the maintenance, new bearing grease is pushed out of attached cartridges into the bearing until the old bearing grease emerges from the grease outlet. However, there is no cartridge for permanent lubrication permanently attached to the camp.

5. Lager-Überdimensionierung5. bearing oversizing

Bei anfallendem Lagertausch bei Generatoren sollte ein Ersatz durch überdimensionierte Lager geprüft werden. Die Ursache für einen relativ häufig erforderlichen Tausch der Generatorlager liegt möglicherweise darin, dass herstellerseitig bei des Auslegung der Lager nicht berücksichtigt wurde, dass durch die Dynamik der Gondel neben den reinen Lasten aus der Drehbewegung des Generator-Rotors erhebliche Lasten auf die Lager wirken.If bearings are exchanged on generators, replacement should be checked by oversized bearings. The reason for a relatively frequently required replacement of the generator bearings is possibly the fact that the manufacturer was not taken into account in the design of the bearing that the dynamics of the nacelle in addition to the pure loads from the rotational movement of the generator rotor significant loads on the bearings act.

Bei der Komponente „Rotor” bzw. „Rotorblätter” existieren beispielhaft folgende betriebslebensdauerverlängernde Maßnahmen:In the case of the component "rotor" or "rotor blades", the following operating life-prolonging measures exist by way of example:

1. Manuelle Rotorblatt-Inspektion1. Manual rotor blade inspection

Manuelle Rotorblatt-Inspektionen werden üblicherweise alle drei Jahre durchgeführt, wobei sich Service-Techniker mittels Abseiltechnik am Rotorblatt abseilen und die Rotorblätter inspizieren. Schäden wie Lunker, Quer- und Längsrisse, Blitzschäden usw. werden fotografisch dokumentiert. Sofern zugänglich, werden die Rotorblätter auch von innen begutachtet.Manual rotor blade inspections are usually carried out every three years, with service technicians descending on the rotor blade using rappelling technology and inspecting the rotor blades. Damage such as blowholes, transverse and longitudinal cracks, lightning damage etc. are photographically documented. If accessible, the rotor blades are also inspected from the inside.

2. Blattbegutachtung mit fliegender Digitalkamera2. Sheet inspection with flying digital camera

Ein Miniatur-Hubschrauber trägt eine kleine, hochauflösende Digitalkamera und kann entlang eines Rotorblatts geflogen werden, um Fotos von Schäden zu machen.A miniature helicopter carries a small, high-resolution digital camera and can be flown along a rotor blade to take photos of damage.

3. Widerstandsmessung3. Resistance measurement

Mit Hilfe von Widerstandsmessungen, die im Rahmen von Rotorblatt-Inspektionen durchgeführt werden, können Schäden am Blitzableiter und an den Blattlagern festgestellt werden.Resistance measurements taken during rotor blade inspection can damage the lightning rod and blade bearings.

4. Schwingungsüberwachung4. Vibration monitoring

Rotorblatt-Überwachungssysteme führen permanent periodische Messungen an den Rotorblättern durch und ermöglichen das Erkennen von Rotorblattschäden, sowie die Nachverfolgung von Schadensentwicklungen. Das Rotorblatt schwingt bei Anregung mit seinen Eigenfrequenzen, die im Bereich bis ca. 350 Hz ein typischen Spektrum ergeben. Schwingungsaufnehmer werden direkt in die Rotorblätter eingeklebt. Ein in der Nabe befindlicher Rechner übernimmt die Analog-Digital-Wandlung der Sensorsignale und überträgt diese über WLAN von der Nabe in die Gondel und von dort, falls nötig, über Kabel in den Turmfuß. Im dort befindlichen Auswerte- und Kommunikationsrechner werden die jeweiligen Zustände der Rotorblätter durch Vergleiche der gemessenen Spektren mit den hinterlegten Spektren für verschiedenen bekannte und Störungszustände ermittelt.Rotor blade monitoring systems permanently perform periodic measurements on the rotor blades and enable the detection of rotor blade damage as well as the tracking of damage developments. The rotor blade oscillates at excitation with its natural frequencies, which give a typical spectrum in the range up to about 350 Hz. Vibration sensors are glued directly into the rotor blades. An in-hub computer takes over the analog-to-digital conversion of the sensor signals and transmits them via WLAN from the hub into the nacelle and from there, if necessary, via cable into the base of the tower. In the evaluation and communication computer located there, the respective states of the rotor blades are determined by comparisons of the measured spectra with the stored spectra for various known and fault states.

5. Folienbeschichtung5. Film coating

Durch das Bekleben des Rotorblätter mit speziellen Folien kann der Schutz der Blätter erhöht sowie laminare Strömungsverhältnisse erzeugt werden.By gluing the rotor blades with special films, the protection of the leaves can be increased and laminar flow conditions can be generated.

Claims

A method for extending the service life of a wind turbine, comprising the steps Selecting a type of wind turbine and a hazardous component such as gearbox, generator, rotor, transformer or inverter, - Defining multiple types of damage and, for each type of damage, at least one remedial action, each with respect to the selected component, Detecting a plurality of damage events in which at least one type of damage has actually occurred on similar components of the selected type of wind turbine, including the operating life of the respective component at the time of occurrence, type of damage, annual repair and maintenance costs, and selected remedial measures for each component, a database, Determining, on the basis of the damage events, the statistically expected annual repair and maintenance costs of the selected component, in particular in association with at least one remedial measure, and determining a statistically expected basic residual service life of the selected component, - selecting a service life-prolonging technical measure and setting one-time and annual costs for its implementation, - the determination of a statistically expected service life extension and of the statistically expected annual repair and maintenance costs of the selected component for the case of the application of a single selected technical measure, for each measure on its own, - Determine statistically expected service life extensions and statistically expected annual repair and maintenance costs in the case of concurrent performance of multiple life-extension measures by adding, for each combination of measures, all service life extensions resulting from the individual measures and the basic residual service life to a new service life . - Determine the measure or combination of measures that will result in the lowest possible statistically expected annual repair and maintenance costs over the new service life compared to statistically expected annual repair and maintenance costs without a life extension policy over the basic life remaining service life, and - carry out the action or combination of measures so determined.

A method according to claim 1, characterized in that the component of the transmission and the service life extending measure is selected from vibration analysis, particle counting, video endoscopy, oil sampling, bearing temperature measurement, stiffness measurement, by-pass filtration.

A method according to claim 1, characterized in that the component of the generator and a service life extending measure is selected from manual inspection, vibration analysis, bearing temperature measurement, bearing permanent lubrication and bearing oversizing.

A method according to claim 1, characterized in that the component of the rotor and a service life extending measure is selected from manual inspection, inspection by flying digital camera, resistance measurement, vibration monitoring, film coating.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a combination of measures comprises such measures, each pursuing a different technical approach.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that each newly occurring damage event is detected in the database.

A method according to claim 6, characterized in that in the event that at least one operating life-prolonging measure has been performed on a component before a damage occurrence, this measure is detected in the database.