Bessere Windpark-Überwachung mit faseroptischer Sensortechnologie

Mit dem weiteren weltweiten Übergang zu erneuerbaren Energien werden Windparks zu einer wichtigen Komponente unserer Energie-Infrastruktur. Hier kommt es darauf an, die Zuverlässigkeit und Effizienz dieser Anlagen gewährleisten zu können. Bei der Erreichung dieses Zieles spielt die faseroptische Sensortechnologie eine entscheidende Rolle.

Die faseroptische Sensortechnologie profitiert von den einzigartigen Eigenschaften der Glasfaser. Diese erlauben es, Änderungen in der Temperatur, in der mechanischen Belastung (Dehnung oder Stauchung) und in akustischen Schwingungen (Schall) entlang der Faserlänge zu erkennen. Betreiber, die Glasfaserkabel in die Infrastruktur ihrer Windparks integrieren, sind in der Lage, den strukturellen Zustand und die Betriebsbedingungen dieser kritischen Komponente kontinuierlich zu überwachen.

Welche Anwendungsfälle bieten sich hier an?

Strukturelle Zustandsüberwachung (SHM)

Die Windturbinen sind extremen Einsatzbedingungen, wie Hitze, Kälte, Regen, Hagel und Stürmen ausgesetzt. Bei Offshore-Farmen kommen noch der Wellengang und das aggressive Salzwasser hinzu. Mit Hilfe der verteilten Dehnungsmessung (Distributed Strain Sensing, DSS) und der verteilten Akustik-Sensorik (Distributed Acoustic Sensing, DAS) erkennt die faseroptische Sensortechnologie Änderungen in der mechanischen Belastung (Dehnung/Stauchung) sowie im Schwingungsverhalten und kann aussagekräftige Daten zum baulichen und betrieblichen Zustand der Turbinen zur Verfügung stellen. Die gewonnenen Daten ermöglichen den Betreibern potenzielle Schwachpunkte zu identifizieren und proaktive Maßnahmen zu ergreifen, um die Windturbinen noch vor einem möglichen Ausfall zu verstärken bzw. zu reparieren.

Kabelüberwachung

Das Kabel, das die Windturbine mit dem Stromnetz verbindet, ist die Voraussetzung zur Weiterleitung der erzeugten Elektronenergie. Die faseroptische Sensortechnologie ermöglicht, den Zustand dieser Kabel zu überwachen und eventuelle Probleme, wie eine sich ändernde Verlegetiefe bei Erdkabeln, die Beanspruchung/Dehnung von Freileitungskabeln, Beschädigungen oder thermische Anomalien, zu erkennen. Die kontinuierliche Überwachung hilft, Kabelbrüche zu verhindern und sichert die zuverlässige Weiterleitung des Stroms. Zudem erlaubt sie den Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB), die Energieübertragung durch diese Kabel zu optimieren (maximieren).

Identifizierung von Risiken durch Fischereifahrzeuge und Schiffsanker

Bei Offshore-Windparks werden die Stromkabel häufig in dicht befahrenen Seegebieten mit einen hohen Schifffahrtsaufkommen verlegt. Diese Verkehrsdichte birgt ein hohes Risiko für die Sicherheit der Kabel. Die faseroptische Sensortechnologie, hier insbesondere die verteilte Akustik-Sensorik (DAS), kann Störungen durch Fanggeräte und Schiffsanker erkennen und Annäherungsalarme auslösen sowie frühzeitig vor einer möglichen Beschädigung warnen. Die Echtzeiterkennung dieser Risiken versetzt die Windparkbetreiber in die Lage, Sofortmaßnahmen zur Schadensminderung, wie eine Kursänderung der Schiffe oder eine Verstärkung gefährdeter Abschnitte des Stromkabels, zu ergreifen.

Vorausschauende und proaktive Instandhaltung

Die faseroptische Sensortechnologie ermöglicht eine vorausschauende (prädiktive) Instandhaltung, da sie kontinuierlich Daten zum Zustand der Windpark-Komponenten bereitstellt. Diese Daten versetzen den Betreiber in die Lage vorherzusagen, wann und wo eine Wartungsmaßnahme erforderlich sein wird, so dass überraschende Defekte verhindert und Stillstandzeiten verringert werden können. Indem die Betreiber sich um die erkannten Probleme kümmern, noch bevor diese zu einer Eskalation führen, können sie die mit Notreparaturen und einem eventuellen Ausfall der Energieerzeugung verbundenen Kosten vermeiden.

Sicherheit und Schutz

Die Einsatzgebiete der faseroptischen Sensortechnologie entwickeln sich immer weiter, wobei neue Innovationen deren Leistungspotenzial steigern. Jüngere Fortschritte betreffen die Verbesserung von Systemen zur verteilten Akustik-Sensorik (DAS), die es erlauben, Veränderungen in und in Nähe von Windparks mit noch größerer Empfindlichkeit und Präzision zu erkennen. Diese Systeme können zwischen unterschiedlichen Arten von Störungen, wie mechanischen oder manuellen Erdarbeiten in der Nähe von Stromkabeln, unterscheiden. Auch bieten sie sich für virtuelle Zäune an und lösen Annäherungsalarme aus, wenn Menschen oder Fahrzeuge einen definierten Abstand zu den Kabeln unterschreiten. Damit stellen sie eine umfassende Lösung zur Verhinderung zufälliger Beschädigungen und böswilliger Fremdeinwirkungen zur Verfügung.

Die faseroptische Sensortechnologie ändert die Art und Weise der Überwachung und Wartung von Windparks. Die kontinuierliche Bereitstellung von Echtzeitdaten zum Zustand der Windpark-Komponenten stellt erhebliche Vorteile für die Sicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit ihres täglichen Betriebs zur Verfügung. Betreiber, die die faseroptische Sensortechnologie für sich nutzen, können die Integrität und Langlebigkeit ihrer Windparks und der in diese Anlagen getätigten Investitionen schützen.

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Douglas Clague ist Solutions Marketing Manager für Glasfaser-Feldlösungen bei VIAVI. Er verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der Mess- und Prüftechnik mit Schwerpunkt auf Glasfaser- und Kabel-Technologien für die Telekommunikationsindustrie. Vor VIAVI hatte er verschiedene Positionen als Manufacturing Engineer, Solutions Engineer und Business Development Manager inne. Er arbeitet aktiv in zahlreichen Branchenorganisationen mit, die sich mit den Entwicklungstrends in der Glasfaser- und Kabeltechnologie befassen. Douglas Clague hat an der Brunel University in London studiert und ein Diplom in Elektrotechnik/Elektronik erworben.