Risikobasierte Optimierung von Inspektions- und Instandhaltungsstrategien für Tragstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen auf Basis probabilistischer Kostenmodelle
Quelle: BAM
In diesem Beitrag wird ein probabilistisches Kostenmodell vorgestellt, das eine risikobasierte Optimierung von Inspektionen und Instandhaltung von Tragstrukturen in Offshore-Windparks ermöglicht. Eine risikobasierte Inspektions- und Instandhaltungsplanung ist insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauerverlängerung von Offshore-Windparks von großer Bedeutung. Während bestehende Ansätze auf deterministischen Kostenwerten basieren und Unsicherheiten vernachlässigen, ermöglicht dieser Ansatz die risikobasierte Optimierung von Inspektions- und Instandhaltungsstrategien unter Berücksichtigung von Kostenunsicherheiten. Das parametrische Kostenmodell beinhaltet probabilistische Verteilungen für die relevante Kostenkomponenten – Inspektionen, Reparaturen und Schiffslogistik – welche auf der Grundlage von Experteneinschätzungen und Literaturdaten abgeleitet wurden. Das Modell erlaubt eine Quantifizierung der probabilistischen Inspektions- und Instandhaltungskosten auf Komponenten-, Tragwerks- und Windparkebene.
Durch eine varianzbasierte Sensitivitätsanalyse werden die wichtigsten Kostentreiber identifiziert. Auf Komponentenebene haben die Kampagnenkosten und die Kosten für den Entwurf und das Testen von Reparaturmaßnahmen den größten Einfluss, während auf Tragwerks- und Windparkebene die Schiffskosten pro Schicht dominieren.
Das Modell wird im Rahmen einer numerischen Fallstudie angewandt, in der eine repräsentative Offshore-Struktur betrachtet wird, um zwei risikobasierte Inspektions- und Instandhaltungsstrategien zu vergleichen: eine Baseline-Strategie (keine Maßnahmen) und eine heuristische Strategie mit optimierten Entscheidungsregeln für Inspektions- und Instandhaltungsmaßnahmen. Die Fallstudie zeigt, dass Inspektions- und Instandhaltungskosten in risikobasierten Analysen als deterministische Erwartungswerte berücksichtigt werden können, sofern sie linear in die Optimierung eingehen. Die erwarteten Inspektions- und Instandhaltungskosten auf Tragwerksebene werden maßgeblich durch die Anzahl der Kampagnen, die Anzahl der inspizierten und reparierten Komponenten sowie den erwarteten fixen und variablen Kampagnenkosten und den Kosten für die Entwicklung von Reparaturmaßnahmen bestimmt. Diese Kosten können normiert und zur risikobasierten Optimierung von Inspektions- und Instandhaltungsstrategien auf Tragwerksebene herangezogen werden.
In weiterführenden Studien werden ähnliche deterministische (normierte) Kostenmodelle für eine risikobasierte Inspektions- und Instandhaltungsplanung auf Windparkebene entwickelt.
Probabilistic cost modeling as a basis for optimizing inspection and maintenance of turbine support structures in offshore wind farms
Muhammad Farhan, Ronald Schneider, Sebastian Thöns, and Max Gündel
Wind Energy Science, Volume 10, issue 2, 2025