Asset managers, operators en exploitanten van windturbines hebben twee belangrijke doelen: 1) het optimaliseren van de beschikbaarheid van windturbines, en 2) een zo kostenefficiënt mogelijke onderhoudsstrategie uitvoeren. In dit artikel leggen we uit hoe vibratiemonitoring bijdraagt aan het optimaliseren van de beschikbaarheid en onderhoudsefficiëntie bij windturbines.
Vibratiemonitoring geeft inzicht in wind turbine drivetrain
Iedere industriële roterende machine is onderhevig aan vibraties, maar wanneer op één of meerdere plekken in de machine de vibraties toenemen, is het van belang de oorzaak hiervan te achterhalen. De gevolgen van excessieve vibraties moeten namelijk niet worden onderschat, want deze kunnen catastrofale gevolgen hebben voor mensen, het milieu en de machine zelf.
In het geval van windturbines is het daarom belangrijk alle componenten van een drivetrain (lagesnelheidsas, hogesnelheidsas, tandwielkast en generator) te monitoren op vibraties, want het vroegtijdig vaststellen van toenemende vibraties en het achterhalen van de oorzaak verkleint significant de kans op incidenten, onverwachte hoge kosten en verminderde levensduur.
Vibratiesensoren op drivetrain
De gehele drivetrain wordt voorzien van vibratiesensoren die de vibraties van alle componenten continu meten en naar een data-acquisitie systeem sturen. De data wordt vervolgens bewerkt en opgeslagen waarna het periodiek door vibratiespecialisten geanalyseerd wordt met behulp van geavanceerde analyse-software. Door periodiek windturbines te analyseren wordt er een trend opgebouwd waarmee de vibratiespecialist via een trendanalyse inzicht krijgt in de conditie van de drivetrain.
Optimalisatie operationele beschikbaarheid van windturbines
Laten we nu eerst kijken naar het eerste doel, 1) het optimaliseren van de beschikbaarheid van windturbines. Een optimale operationele beschikbaarheid wordt behaald door het minimaliseren van de kans op onverwachte stilstand, het maximaliseren van de levensduur en het optimaliseren van prestaties.
Onverwachte stilstand minimaliseren; opbrenst maximaliseren
Zonder een goed periodiek inzicht in het vibratiegedrag van de roterende componenten en daarmee de machineconditie, is de kans op onverwachte stilstand groot. Als er bijvoorbeeld lagerschade ontstaat en deze wordt door het ontbreken van inzicht in de lagerconditie niet tijdig opgemerkt, dan dient er op korte termijn een hele operatie opgestart te worden om dit lager te vervangen. Met periodieke vibratiemonitoring en -analyse kan zo’n defect lager eerder worden opgemerkt en kan er beter op worden geanticipeerd wat de kosten van reparatie significant verlaagt.
Bovendien draagt de eerder genoemde trendanalyse bij aan het optimaliseren van de opbrengst. Via trendanalyse kan worden beoordeeld of een lager met beginnende schade gedurende het seizoen met het hoogste windpotentieel (van herfst tot lente) nog steeds kosteneffectief kan blijven werken, of dat het mogelijk noodzakelijk is om de maximale snelheid van de betreffende windturbine tijdelijk te beperken totdat de zomer aanbreekt, wanneer er over het algemeen minder wind is.
Verlenging van de levensduur met vibratiemetingen
Door vroegtijdig inzicht te krijgen op toenemende vibratieniveaus in de drivetrain, kan vibratiemonitoring helpen bij het identificeren van factoren die de levensduur van de windturbine kunnen beïnvloeden. Hierdoor kunnen eigenaren en exploitanten maatregelen nemen om de levensduur van de turbines te verlengen en de totale beschikbaarheid te verbeteren.
Optimalisatie van prestaties
Vibratiemonitoringssystemen kunnen ook worden gebruikt om de prestaties van windturbines te optimaliseren. Door de gegevens te analyseren, kunnen ingenieurs de turbinebediening aanpassen om de energieproductie te maximaliseren zonder de veiligheid in gevaar te brengen. Dit draagt bij aan een hogere beschikbaarheid door een betere opbrengst van de windturbines.
Optimalisatie windturbine onderhoudsefficiëntie
En laten we nu kijken naar het tweede doel, 2) een zo kostenefficiënt mogelijke onderhoudsstrategie uitvoeren. Een efficiënte onderhoudsstrategie wordt behaald door het planbaar maken van onderhoud, ofwel door een predictieve onderhoudsstrategie te volgen.
Om meerdere kostentechnische redenen is het planbaar maken van onderhoud voor windturbines essentieel voor efficiënt onderhoud. Daarbij ligt er sterk de focus op om drivetrain werkzaamheden uptower te houden, want wanneer drivetrain werkzaamheden downtower moet gebeuren nemen de kosten significant toe. Helaas is het soms niet te voorkomen dat drivetrain-werkzaamheden downtower moeten gebeuren. In dat geval is een vroegtijdig inzicht in de conditie van de machine essentieel om het onderhoudplanbaar te maken vanwege de complexiteit van het logistieke proces. Het begint al bij het verkrijgen van de juiste vergunningen wat minimaal 12 weken duurt, het inplannen van één van de schaars beschikbare gespecialiseerd teams, het inplannen van een speciale kraan welke eveneens schaars zijn en door zo’n 40 vrachtwagens wordt geleverd, het inplannen van de juiste tools om de rest van de drivetrain op zijn plaats te houden welke ook schaars beschikbaar zijn, en het verkrijgen van het juiste machine-onderdeel.
Daarnaast kunnen er bijkomende kosten zijn waarover moet worden nagedacht, zoals compensatiekosten voor situaties waarbij nabijgelegen boeren een deel van hun oogst moeten opofferen om toegang te verlenen tot windturbines. Het kan ook voorkomen dat er sloten moeten worden overbrugd en moet er rekening worden gehouden met seizoens- en weersinvloeden die de kraanopbouw belemmeren vanwege te hoge windsnelheden of te modderige ondergronden.
Dit alles betekent dat wanneer onderhoud planbaar gemaakt kan worden door middel van vibratiemonitoring en periodieke vibratie-analyse (en aanvullende technieken) er op een efficiëntere manier onderhoud gepleegd kan worden.
