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Conditiebewaking van
126 windturbines
version française
Het Uckermark windpark VAN ENERTRAG nabij Berlijn is de grootste toepassing van
conditie-monitoring in europa. grootschalig PREDICTIEF ONDERHOUD OP ZIJN BEST
dus. In HET park zullen in de nabije toekomst niet minder dan 126 on-line
systemen het trillingsgedrag van de windturbines MINuTIEUS bewaken.
Enertrag is een onafhankelijk, Duits energieconsortium dat zich toelegt op de
ontwikkeling en bouw van windenergiecentrales. Het windpark in Uckermark is
hierbij de bakermat van haar technologie. In dit park worden bijvoorbeeld door
dochteronderneming Windfeld Systemtechnik GmbH prototypes van nieuwe turbines
uitgetest. In dat kader moet ook de installatie van CMS-systemen (Condition
Monitoring Systems) gezien worden: Enertrag verwacht dat de invoering van
toestandsafhankelijk onderhoud (of conditiemonitoring) – al naargelang het type
windturbines - een besparing zal opleveren van zo’n 20% van de werkings- en
onderhoudskosten. Voor de installatie van het CMS-systeem ging het Duitse
bedrijf een samenwerking aan met SKF. De bedoeling is dat er op termijn niet
minder dan 126 Windcon-systemen voor on-line monitoring opgesteld worden. Op een
ogenblik dat on-line onderhoudsbewaking geleidelijk meer aandacht krijgt van de
industrie (ondermeer door het beschikbaar worden van goedkopere intelligente
sensoren), is dit zonder meer een mooie illustratie van wat vandaag tot de
mogelijkheden behoort.
Drie meetpunten
Het SKF WindCon systeem werk met drie meetpunten waar trillingsopnemers zijn
opgesteld: de lagers op de hoofdas, de transmissiekast van de aandrijftrein op
de turbine en de generator van elke windturbine. Door continu het
trillingsgedrag van deze roterende mechanische systemen te bewaken en deze in
relatie te brengen met gegevens uit het controlesysteem van de turbines, worden
de operatoren in een vroeg stadium gewaarschuwd dat een turbine afwijkend gedrag
begint te vertonen. Dit betekent doorgaans de start van een abnormale werking,
wat een voorbijgaand, tijdelijk fenomeen kan zijn of de aanvang van een ernstige
foutontwikkeling. De vroege waarschuwing geeft het windparkmanagement de
mogelijkheid om te bepalen welke machine of welk mechanisch onderdeel aan de
bron ligt van het afwijkend gedrag. Over de tijd kan hierdoor de graad van
teruglopende prestaties bewaakt worden, zodat tijdig kan ingegrepen worden,
mocht dit nodig blijken. Inspecties en herstellingen kunnen vooraf ingepland
worden, op momenten dat dit een minimale invloed heeft op de output van de
turbines. Met andere woorden: geen onverwachte turbinestilstanden, en dus ook
geen onverwachte kosten. Dr. Konrad Iffarth, MD van Enertrag Energiedienst: “We
hebben betrouwbaarheid en beschikbaarheid van de turbines ingeschreven als
sleutelfactoren om windparken rendabel uit te baten. Het CMS-systeem waarschuwt
vroegtijdig over negatieve trends in de voornaamste mechanische onderdelen van
de turbine. Wanneer een trend onaanvaardbaar wordt, kunnen we de nodige
reparaties tijdens de normale shutdowns plannen. Met de data uit het systeem
kunnen we ook de reële oorzaken opsporen om terugkerende defecten te voorkomen.”
Kostenbesparingen
Onverwachte pannes leiden steeds tot hogere kosten dan geplande
interventies. In de kostenvergelijking die Enertrag maakte om de
Return-On-Investment van het CMS-systeem te berekenen, vallen vooral volgende
besparingsposten op: minder verlies van energieproductie doordat de turbine niet
onverwacht stilvalt; minder energieproductieverlies omdat de wachttijd tijdens
bestelling en levering van de onderdelen korter is; de schade zelf zal geringer
zijn doordat het om geplande onderhoudsinterventies gaat; minder werkuren per
interventie door de kortere herstellingsduur; lagere reis- en verblijfskosten
voor de onderhoudstechniekers; lagere kosten doordat er geen onverwachte huur
van kranen en andere speciale gereedschappen nodig is.
Dr. Konrad Iffarth: “Een niet onaanzienlijke besparing wordt bovendien
gerealiseerd doordat WindCon een gecertificeerd monitoringsysteem is. Zonder een
door de verzekeraar gecertificeerd CMS-systeem zou namelijk de
‘Revizionsklausel’ van Allianz (nvdr: één van de grootste verzekeraars van
windturbines in Duitsland) van toepassing zijn. Deze clausule stipuleert dat
alle lagers en bepaalde andere mechanische onderdelen om de 40.000 werkingsuren
moeten vervangen worden.’
Standaard op netwerk
Het WindCon systeem is standaard ingelogd op het eigen netwerk van Enertrag.
Toegang tot de monitoringdata kan in principe op elke PC in het netwerk. De
grafische interface werkt op een zeer eenvoudige manier, met ‘verkeerslichten’
die aangeven of de werking van een onderdeel normaal verloopt, aandacht vereist
of in het rood gaat. Deze grafische schermweergave werd speciaal ontwikkeld om
ook niet-specialisten in te zetten voor de monitoring. Indien bijvoorbeeld een
oranje of rood signaal optreedt, wordt een technicus verwittigd. Deze heeft
toegang tot de data door eenvoudigweg op een sensorlocatie te klikken. Hij
krijgt dan onmiddelijk een overzicht van alle historische gegevens van dat
meetpunt. Op basis van deze data kan hij een onderliggende Fast Fourrier
Transform (FFF) identificeren en exporteren voor analyse. Deze FFF geeft aan
welke frequenties verantwoordelijk waren voor de hoge trillingsniveaus of
alarmen. Een unieke eigenschap van WindCon is dat het ook toelaat om
verschillende snelheidsklassen en/of meetpuntconfiguraties te isoleren. Dit
maakt het mogelijk om snelheidsgerelateerde trends op te bouwen.”
De keuze van WindCon
Dr. Iffarth over de keuze van WindCon: “Gezien de sector waarin we actief
zijn, is Enertrag op zoek gegaan naar de hoogste kwaliteit die de markt vandaag
te bieden heeft om onze turbines te monitoren. We hebben daarom eerst onderzocht
wat er aangeboden werd, en daarna alle systemen die enigszins aan onze eisen
voldeden, in het veld getest. Kwalitatief kwam WindCon als beste uit de bus.
Maar er zijn nog andere factoren die een rol gespeeld hebben. Zo is voor een
eerste interpretatie van de trillingsgegevens geen gespecialiseerde technieker
nodig. En we kregen van SKF de verzekering dat het systeem in de toekomst verder
zal ontwikkeld worden, ondermeer met functies voor GPRS datatransmissie, on-line
olieanalyse, etc... Voor een bedrijf zoals Enertrag is dat belangrijk.”<<
Surveillance de l’état
de 126 éoliennes
Le parc d’éoliennes d’Enertrag à Uckermark près de Berlin représente la plus
grande application de surveillance d’état en Europe. Voilà un bel exemple
d’entretien prédictif à grande échelle. Pas moins de 126 systèmes en ligne
surveilleront bientôt minutieusement le comportement vibratoire des éoliennes de
ce parc.
Enertrag est un consortium énergétique allemand indépendant qui se concentre sur
le développement de centrales éoliennes. Le parc d’éoliennes d’Uckermark est le
berceau de sa technologie. La filiale Windfeld Systemtechnik GmbH teste dans ce
parc des prototypes de nouvelles turbines, par exemple. L’installation de
systèmes CMS (Condition Monitoring Systems) doit également être considérée dans
ce contexte. Enertrag espère que l’introduction d’un entretien déterminé par
l’état des installations (ou surveillance d’état) assurera une économie
d’environ 20% – selon le type d’éolienne – sur les frais de fonctionnement et
d’entretien. Pour l’installation du système CMS, la société allemande a conclu
une collaboration avec SKF. L’objectif est d’installer à terme pas moins de 126
systèmes WindCon pour une surveillance en ligne. Au moment où la surveillance
d’état en ligne bénéficie progressivement d’une plus grande attention de la part
de l’industrie (entre autres grâce à la disponibilité de capteurs intelligents
meilleur marché), cette application constitue incontestablement une belle
illustration des possibilités actuelles.
TROIS POINTS DE MESURE
Le système WindCon de SKF s’appuie sur trois points de mesure où sont
installés des capteurs de vibrations : les roulements sur l’axe principal, la
boîte de transmission du train d’entraînement de la turbine et le générateur de
chaque éolienne. En surveillant continuellement le comportement vibratoire de
ces systèmes mécaniques rotatifs et en les mettant en relation avec les données
du système de contrôle des turbines, les opérateurs sont prévenus très tôt de
l’apparition d’un éventuel comportement déviant d’une turbine. Cela signifie
généralement le début d’un fonctionnement anormal qui peut n’être qu’un
phénomène provisoire et passager ou le début d’un problème sérieux.
L’avertissement précoce permet aux responsables de la gestion des éoliennes de
déterminer quelle machine ou quel élément mécanique est à l’origine du
comportement déviant. Au fil du temps, le degré de régression des performances
peut être surveillé afin d’intervenir à temps si cela s’avérait nécessaire. Les
inspections et réparations peuvent être planifiées à des périodes durant
lesquelles elles entravent le moins le rendement des turbines. En d’autres
termes : pas d’arrêts inopinés des turbines et pas de coûts inattendus. «La
fiabilité et la disponibilité des turbines sont pour nous des facteurs clés pour
l’exploitation rentable des parcs d’éoliennes» explique Dr Konrad Iffarth, MD du
service d’énergie d’Enertrag. «Le système CMS prévient de manière anticipative
toute dérive néfaste des principaux composants mécaniques de la turbine.
Lorsqu’une dérive devient inacceptable, nous pouvons planifier les réparations
nécessaires durant les arrêts normaux. Les données du système nous permettent
aussi de détecter les causes réelles afin d’éviter les défauts récurrents. »
ECONOMIES
Les pannes soudaines entraînent toujours des frais supérieurs aux
interventions planifiées. Dans la comparaison des coûts effectuée par Enertrag
lors du calcul de retour sur investissement du système CMS, ce sont surtout les
postes d’économie suivants qui surprennent: une moins grande perte de production
d’énergie due à l’absence d’arrêts inopinés de la turbine; une réduction des
pertes de production d’énergie grâce à un délai d’attente plus court lors de la
commande et la fourniture de pièces; des dégâts moins importants puisque les
interventions de maintenance sont planifiées; moins d’heures de travail par
intervention car la durée de réparation est plus courte; des frais de voyage et
de séjour plus faibles pour les techniciens de maintenance; des frais réduits
puisqu’il n’est plus nécessaire de louer à l’improviste des grues et autres
outils spéciaux.
«En outre, la certification du système de surveillance WindCon nous permet de
réaliser une économie substantielle supplémentaire» ajoute Dr Konrad Iffarth.
«Si nous n’avions pas de système CMS certifié par l’assureur, nous serions
soumis à la ‘Revisionsklausel’ d’Allianz (ndlr : un des plus grands assureurs
d’éoliennes en Allemagne). Cette clause stipule que tous les roulements et
certaines autres pièces mécaniques doivent être remplacés toutes les 40.000
heures de service.»
EN STANDARD SUR LE RESEAU
Le système WindCon est connecté par défaut au réseau d’Enertrag. Il est
possible d’accéder aux données de surveillance à partir de n’importe quel PC du
réseau. L’interface graphique fonctionne de manière très simple. Elle s’appuie
sur des ‘feux de signalisation’ qui indiquent si un composant fonctionne
correctement, s’il nécessite une attention particulière ou s’il va dans le
rouge. Cette représentation graphique à l’écran a été spécialement conçue pour
pouvoir assurer la surveillance par des non-spécialistes. Un technicien est
averti dès qu’un signal passe à l’orange ou au rouge. Il accède aux données en
cliquant simplement sur l’emplacement du capteur. Il reçoit alors un aperçu
immédiat de toutes les données historiques de ce point de mesure. Sur la base de
ces données, il peut identifier une Transformée de Fourrier Rapide (TFR)
sous-jacente et l’exporter à des fins d’analyse. Cette TFR indique quelles
fréquences sont responsables des niveaux de vibrations élevés ou des alarmes.
WindCon présente une caractéristique unique : il permet d’isoler différentes
classes de vitesse et/ou configurations de points de mesure. Cela permet
d’élaborer des courbes de tendances fonctions de la vitesse. »
LE CHOIX DE WINDCON
Et d’ajouter quant au choix de WindCon: «Vu le secteur dans lequel nous
sommes actifs, Enertrag est partie à la recherche de la meilleure qualité
disponible actuellement sur le marché pour surveiller nos turbines. Nous avons
d’abord examiné l’offre. Ensuite, nous avons testé sur le terrain tous les
systèmes qui correspondaient un tant soi peu à nos exigences. WindCon se révéla
être le meilleur sur le plan qualitatif. Cependant, d’autres facteurs ont
également joué en sa faveur. Le système ne réclame pas de technicien spécialisé
pour la première interprétation des données de vibrations. En outre, SKF nous a
certifié que le système sera encore développé plus en avant à l’avenir et qu’il
offrirait notamment des fonctionnalités de transmission de données par GPRS,
l’analyse d’huile en ligne… Ces points sont importants pour une société comme
Enertrag.»<<
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