Energiewirtschaft

Für großtechnische Anlagen, insbesondere im Energiesektor, sind Sicherheit und Zuverlässigkeit unabdingbar. Die Überwachung kritischer Komponenten, wie Rotorblätter oder Rohrleitungen, soll zum einen Ausfällen vorbeugen und zum anderen Wartungskosten senken. Das Fraunhofer IKTS bietet verschiedenste Systeme zur Zustandsüberwachung von Onshore- bis Offshore-Anlagen an. Zudem steht das IKTS als Dienstleister bei der Begleitung von Ermüdungstests sowie bei Instrumentierung, Betrieb und Auswertung von Messergebnissen zur Verfügung.

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Lagertanks in einem explosionsgeschützen Bereich.
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CoMoSens® zur Schweißnahtüberwachung an einem Tank.
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Visualisierung der Schadenswechselwirkung an einer Rohrleitung (C-Bild).

Tanküberwachung

Für die Zustandsüberwachung von Tankanlagen in sicherheitsrelevanten Industriebereichen bietet das Fraunhofer IKTS mit CoMoDetect® eine Systemlösung, die die strukturelle Integrität anhand der Auswertung spezieller Ultraschallwellen bestimmt. Dabei wird sowohl die aktive Signaturanalyse als auch die passive Schallemissionsanalyse angewendet.

CoMoDetect® wurde für die permanente Überwachung schwer zugänglicher Behälter und anderer korrosionsanfälliger Komponenten im explosionsgeschützten Bereich entwickelt. Das System besteht aus einem Netzwerk von Sensoren (CoMoSens® Ex) und einem elektronischen Datenerfassungsgerät (CoMoBase® Ex). Der Abstand zwischen den Sensoren definiert den zu überwachenden Bereich. Für eine gute Fehlererkennung von Risstiefen beträgt die Ortsauflösung etwa ein Viertel der Wandstärke des Behälters. Um die Ortsauflösung von kritischen Bereichen zu erhöhen, können mehrere Sensoren zu Clustern zusammengeschaltet werden.

Die Installation der Sensoren ist schnell umsetzbar, da die Fixierung am Behälter durch etablierte Schweißverfahren erfolgt. So werden die Sensoren, die für verschiedene Temperaturbereiche zertifiziert sind, dauerhaft mit dem Behälter verbunden. Dies ermöglicht permanente Messungen. Das Überwachungssystem kann zudem jederzeit erweitert werden.

Leistungsangebot

  • Behälterüberwachung in Industrieanlagen
  • Rissdetektion und Korrosionsüberwachung an Chemieanlagen, Raffinerien etc.
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Sicherer Betrieb von Versorgungsleitungen.
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Integritätsverlust von Rohrleitungen durch Korrosion an der Rohrinnenseite.
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Das Prinzip der geführten Wellen an Rohrleitungen.

Überwachung von Rohrleitungen

Korrosion, Ablagerungen, Biofilme, Fouling oder andere Fremdstoffe beeinträchtigen die Integrität von Rohrleitungen bis hin zu deren Zerstörung. Insbesondere bei sehr langen Rohrleitungsnetzwerken sind die Betreiber daher bestrebt, Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen so effizient wie möglich zu gestalten.

Das Fraunhofer IKTS bietet mit dem CoMoRanger® ein Überwachungssystem speziell für korrosionsanfällige Komponenten mit erschwerter Zugänglichkeit an. Es kommt vor allem dort zum Einsatz, wo konventionelle Prüfmolche an ihre Grenzen stoßen. Das System detektiert Fehlstellen und bestimmt kontinuierlich die Restwandstärke bei flächenhaft auftretender Korrosion an überirdisch, unterirdisch oder auch vertikal verlegten Rohrleitungen.

CoMoRanger® sendet dazu niederfrequente Ultraschallwellen, sogenannte geführte Wellen (guided waves), in die Bauteile, um diese auf ihren Zustand hin zu prüfen. Da sich geführte Ultraschallwellen in Rohrleitungen nahezu ungedämpft über weite Entfernungen ausbreiten, können weitläufige Strukturen von einem Standort aus untersucht werden. Damit reduziert sich der Prüfaufwand sowohl hinsichtlich der reinen Messzeit als auch der Anforderungen an die Zugänglichkeit des Bauteils.

Das Überwachungssystem des Fraunhofer IKTS ist einfach zu installieren. Mittels Stahlband werden die Sensoren an das zu untersuchende Rohr angepresst und verbleiben so dauerhaft am Überwachungsobjekt.

CoMoRanger® reduziert den Aufwand für wiederkehrende Routineüberprüfungen und prädiktive Instandhaltungsmaßnahmen. Wird kein Defekt nachgewiesen, werden unnötige Erdausgrabungsarbeiten, Beschichtungsentfernungen oder Gerüstinstallationen vermieden. Das führt zur Senkung von Betriebskosten.

Leistungsangebot

  • CoMoRanger® (Sensorenanzahl nach Bedarf)
  • Elektronisches Datenerfassungsgerät
  • Bedarfsorientierte Systemauslegung (z. B. als autonomes Messsystem mit Flash-Speicher)

 

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Rotorblätter einer Windkraftanlage.
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Ortungsplot einer Schallemissionsanalyse eines Rotorblatts.

Rotorblatt-Überwachung

Windkraftanlagen zählen weltweit zu den wichtigsten Technologien für eine nachhaltige Energieversorgung und sind ein unverzichtbarer Bestandteil im Mix der erneuerbaren Energien. Zur Erreichung der Klimaziele bedarf es nicht nur einer Erhöhung der installierten Leistung, z. B. durch mehr Windparks, sondern vor allem einer effizienteren Betriebsweise. Dazu zählt ein störungsfreier Betrieb sowie sinkende Kosten für die Instandhaltung.

Beschädigungen am Rotorblatt, z. B. durch Blitzeinschlag, Vogelschlag oder aerodynamische Unwuchten verursachen enorme Kosten. Eine Vor-Ort-Reparatur ist dabei meist die ökonomischste Option, wenn bereits Informationen über Ort, Ausmaß und Art des Schadens vorliegen. Das Fraunhofer IKTS hat hierfür ein integrierbares System zur Überwachung von Rotorblättern an Windkraftanlagen entwickelt, das mit einer optischen Energie- und Datenübertragung realisiert wurde. Dies ist notwendig, da aus Blitzschutzgründen keine metallischen Leiter in das Rotorblatt eingebracht werden dürfen.

Das System nutzt zur Detektion von Schäden in der Rotorblattstruktur das passive Verfahren der Schallemissionsprüfung (Acoustic Emission Testing). Dabei werden spezielle Ultraschallwellen genutzt, die durch Belastungen in der Struktur entstehen. Diese werden von piezoelektrischen Sensoren detektiert. Dabei bilden die Häufung und die Verteilung der georteten Schallemissionsereignisse den aktuellen Schädigungsprozess ab.

Durch die Auswertung der Sensordaten werden Schäden genau lokalisiert. Damit wird der Reparatureinsatz vereinfacht oder es wird im besten Fall ein kompletter Wechsel des Rotorblatts vermieden.

Das Fraunhofer IKTS bietet damit ein Überwachungssystem, das die Einschätzung des Bauteilzustands bis zur nächsten Inspektion ermöglicht und die Planung von Serviceeinsätzen optimiert.

Die Verwendung des Systems kann, assekuranzabhängig, auch zu einer Minderung des Wertverfalls bestimmter Komponenten der Windkraftanlagen beitragen und damit den Werterhalt der Anlage sichern.

 

Leistungsangebot

  • Während der Rotorblattentwicklung: Begleitung von statischen und dynamischen Tests mit modernster Messtechnik und anschließender Auswertung der Daten
  • Während des Betriebs: Überwachung von bekannten und reparierten Schadstellen durch eine nachträgliche Installation des Systems
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Sensormodule mit eingebetteten Piezowandlern.
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Sensormanschette an einer Gründungsstruktur im Offshore-Windpark Baltic 1.
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Tomographie zur Defekterkennung in Schweißnähten an Gründungsstrukturen von Offshore-Windkraftanlagen.

Offshore-Gründungsstrukturen

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien nimmt auch die Anzahl von Offshore-Windkraftanlagen weltweit zu. Errichtet im Küstenvorfeld, weisen Offshorestandorte in der Regel deutlich höhere Windgeschwindigkeiten auf als Standorte an Land. Dadurch können einerseits höhere Erträge erzielt werden, andererseits sind Offshore-Windparks weitaus größeren Belastungen ausgesetzt als Windparks an Land.

Aufgrund rauer Witterungsbedingungen sind Instandhaltungsarbeiten auf hoher See deutlich schwieriger. Das verursacht erheblich höhere Betriebs- und Wartungskosten.

Die erschwerten Bedingungen auf hoher See lassen eine Detektion von Schäden mit konventionellen Prüftechniken nur begrenzt zu. Da enorme Kräfte, wie das Eigengewicht der Windkraftanlage, die Strömung des Wassers oder die Kraft der Wellen in Verbindung mit dynamischen Lasten während des Betriebs der Anlage auf die Gründungsstruktur wirken, können Schäden, wie Risse in Schweißnähten entstehen. Um diese zu detektieren, hat das Fraunhofer IKTS speziell für den Offshore-Bereich eine Sensormanschette entwickelt. Die Sensoren sind dabei ringförmig um die belasteten Stellen angeordnet und auf die spezifischen Anforderungen angepasst. So schützen verschiedene Barriereschichten Elektronik und Sensoren, indem sie ein Eindringen von Meerwasser dauerhaft verhindern.

Die Datenauswertung erfolgt bildgebend durch eine Fresnel-volumen-Migration. Zusätzlich werden Umweltdaten, wie Temperatur oder Luftfeuchte in die Bewertung einbezogen. Diese Korrektur ist notwendig, da auch externe Faktoren die Messsignale beeinflussen.

Leistungsangebot

  • Überwachung von Offshore-Gründungsstrukturen, z. B. für Jacket- oder Tripod-Gründungen
  • Rissdetektion an Schweißnähten im Offshore- oder Onshore-Bereich