Flussdiagramm der informationswertbasierten Optimierung der Struktur- und Umweltüberwachung für Offshore-Windkraftanlagen
Quelle: BAM, Abteilung Bauwerkssicherheit
Betreiber von Offshore-Windkraftanlagen (OWT) stehen aufgrund rauer Umgebungen, hoher Wartungskosten und Betriebsrisiken vor Herausforderungen bei der Durchführung von Wartungsarbeiten. Daher ist eine optimale Wartungsstrategie erforderlich, um die Kosten zu senken, Risiken zu verringern und den Nutzen des OWT für die Lebensdauer zu erhöhen. Aufgrund der unterschiedlichen verfügbaren Informationen zum Zeitpunkt der Entscheidungsfindung kann die Wartungsplanung jedoch unterschiedlich sein. Wir haben drei Fälle von Entscheidungsszenarien mit unterschiedlichen verfügbaren Informationen analysiert, um den Einfluss auf die Wartungsplanung zu untersuchen.
Vor der Installation des OWT werden die Windinformationen von einem nahe gelegenen Teststandort (e0) gesammelt und als Konstruktionsdaten für das OWT verwendet. Nach der Installation des OWT wird zusammen mit dem OWT ein SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) installiert, damit werden Winddaten vom SCADA-System (e1) erfasst. Nach einigen Betriebsjahren werden Dehnungsmessstreifen an der Tragstruktur des OWT installiert. Dadurch stehen dann die Dehnungsmessstreifen-Daten zusammen mit den SCADA-Winddaten (e2) zur Verfügung.
Basierend auf den erfassten Daten haben wir ein probabilistisches Ermüdungsmodell entwickelt, um Zuverlässigkeitsprofile zu erstellen. Basierend auf den Zuverlässigkeitsprofilen wird eine Wartungsrichtlinie eingeführt: Eine Inspektion wird durchgeführt, wenn das Zuverlässigkeitsprofil einen Zielzuverlässigkeitsschwellenwert erreicht. Wir haben ein Inspektionsmodell eingeführt und das probabilistische Ermüdungsmodell mit den Inspektionsergebnissen aktualisiert. Am Ende wird ein Wartungsplan für die Lebensdauer erstellt, in dem die Anzahl der Inspektionszeiten und die Zeitpunkte der Inspektionsjahre angegeben sind. In der folgenden Abbildung ist ein Beispiel dargestellt, in dem der Wartungsplan für die Lebensdauer angezeigt wird, wobei nur SCADA-Winddaten in Szenario e1 berücksichtigt werden.
Sequentieller Entscheidungsbaum der Wartungsplanung basierend auf Fall e_1 mit SCADA-Winddaten
Quelle: BAM, Abteilung Bauwerkssicherheit
Nach der Analyse von drei verschiedenen verfügbaren Informationsszenarien wurde festgestellt, dass das OWT dreimal während der Lebensdauer auf der Grundlage der Winddaten (e0 ) und der SCADA-Winddaten (e1) überprüft werden muss, jedoch nur einmal auf der Grundlage der Dehnungsmessstreifen-Daten zusammen mit SCADA Winddaten (e2).
Information value-based optimization of structural and environmental monitoring for offshore wind turbines support structures
Lijia Long, Q. Anh Mai, P. G. Morato, J. Dalsgaard Sorensen, Sebastian Thöns
erschienen in Renewable Energy, Band 10, Heft 159, Seiten 1036 - 1046, 2021
BAM, Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Ingenieurbau