Wie Rotorblätter ermüden
Thermografie-Verfahren erkennt schon früh Schäden an Windkraftanlagen.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Marburger Start-up Latoda haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, um die Energieausbeute von Windkraftanlagen zu steigern. Dabei werden die Rotorblätter mittels Thermografie und künstlicher Intelligenz auf Materialermüdung geprüft. Die Früherkennung von Schäden an der Oberfläche verbessert die Effizienz einer Anlage. In einer Machbarkeitsstudie unter der Leitung der BAM wurde das neuartige Inspektionsverfahren jetzt erfolgreich getestet.
Dabei werden durch thermografische Aufnahmen mit einer Infrarotkamera Erosionsschäden an den Rotorblättern sichtbar gemacht. Die Schadstellen wiederum werden durch Regentropfen verursacht; sie bewirken Verwirbelungen des Luftstroms an der Oberfläche der Rotorblätter und sind damit für Leistungseinbußen der Windturbine insgesamt verantwortlich. Auf Thermogrammen werden die Turbulenzen sichtbar. Durch ihre rechtzeitige Detektion und Kategorisierung können Wartungen zielgerichteter geplant und durchgeführt werden. Insgesamt lässt sich so die Leistung von Windkraftanlagen im Jahresdurchschnitt um bis zu zwei Prozent steigern.
Die thermografische Inspektion von Rotorblättern, bei der ein Kamerasystem vom Boden aus Aufnahmen macht, dauert nur etwa zehn Minuten. Im Vergleich zu konventionellen Inspektionsverfahren mit Industriekletterern, die meist zwei bis drei Tage in Anspruch nehmen, bedeutet bereits dies eine hohe Effizienzsteigerung, weil sich längere Ausfallzeiten allein aufgrund von Inspektionen vermeiden lassen. Die Thermogramme werden anschließend mit komplexen Bildverarbeitungs- und KI-Algorithmen analysiert und dabei kleinste Temperaturunterschiede auf der Oberfläche der Rotorblätter registriert und markiert. Sie weisen auf die Erosionsschäden durch Regen hin.
Durch die automatisierte Datenauswertung können Wartungs- und Reparaturarbeiten deutlich effizienter als bisher geplant werden. Denn da das Verfahren gleichzeitig viel kostengünstiger als bisherige Inspektionen ist und daher häufiger durchgeführt werden kann, lassen sich beginnende Schäden im Frühstadium erkennen und oberflächennah beheben, bevor tiefgreifende Reparaturen erforderlich werden. „Die Inspektion von Rotorblättern mittels Thermografie ist eine sehr schnelle und innovative Methode. Man benötigt allerdings viel Erfahrung und technisches Verständnis, wenn es an die Auswertung der erzeugten Bilder geht. Hier stellt eine automatisierte Bildauswertung mit künstlicher Intelligenz ein großes Potenzial dar, um nach der Messung noch schneller und belastbarer zu entscheiden, welche Maßnahmen konkret durch die Betreiber der Anlagen einzuleiten sind“, sagt Michael Stamm, Leiter des Projekts an der BAM.
„Die entwickelte Software mit KI-Algorithmus kann auch auf weitere Anwendungsfelder im Bereich Windenergie übertragen werden, wie beispielsweise auf strukturelle Schäden im Inneren von Rotorblättern. Damit ließen sich die Gefahren von Belastungsbrüchen und anderer Materialermüdung rechtzeitig erkennen und ungeplante Betriebsunterbrechungen vermeiden“, so Lars Osterbrink, technischer Projektleiter bei Latoda.
BAM / JOL
