Neues Konzept ermöglicht Großkomponentenwechsel ohne Schwerlastkran

Availon Mitarbeiter beim Aufbau des Krans

Der Einsatz von Schwerlastkränen zur Durchführung von Reparaturen an beschädigten Großkomponenten wie Generatoren ist in Planung und Durchführung ebenso aufwendig wie kostenintensiv. Bisher galt er jedoch als alternativlos. Ein spezielles Konzept erlaubt nun in solchen Fällen die Verwendung eines internen Kranes sowie weiterer Komponenten der „On-Board-Ausstattung“ einer Windenergieanlage – mit enormen Einspareffekten.

Der Austausch einer Großkomponente in einer Windenergieanlage (WEA) aufgrund eines Defektes oder Ausfalls ist nicht nur ärgerlich, sondern vor allem auch kostspielig. Besonders der Einsatz von Schwerlastkränen, die für die Demontage und Neuinstallation eines Generators oder Transformators benötigt werden, fällt hierbei nicht unwesentlich ins Gewicht. Zunächst muss derart schweres Gerät schnell zur Verfügung stehen, um lange Stillstandszeiten der WEA zu vermeiden. Sodann ist eine geeignete Zuwegung für den Kran zur Anlage zu berücksichtigen, und schließlich entscheiden auch die Wind- und Witterungsverhältnisse vor Ort, wann ein Schwerlastkran letztlich einsatzbereit ist.

Möchte man solche oder ähnliche Unwägbarkeiten vermeiden, ist es lohnenswert, sich über wirksame Alternativen Gedanken zu machen – zum Beispiel über die Nutzung von Komponenten, die in einer WEA ohnehin u. a. zur Durchführung von Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen bereits vorhanden sind.

Nutzung der „On-Board-Ausstattung“

Eine solche Komponente ist beispielsweise ein interner Kran, der mittlerweile in einigen Anlagen zur „On-Board-Ausstattung“ im Maschinenhaus gehört. Solche Kräne werden in der Regel dazu verwendet, schwerere Teile innerhalb des Maschinenhauses zu bewegen bzw. Materialen und Werkzeuge im Zuge von Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten in das Maschinenhaus zu heben oder auf den Anlagenfuß abzulassen. Ergänzend hierzu ließe sich ein interner Kran aber auch zum Austausch von Großkomponenten nutzen. Voraussetzung hierfür sind jedoch einige wichtige konstruktive Eigenschaften.

Einsatz des internen Krans zum Austausch einer Großkomponente

 

Kein Ausbau der Zuwegung oder Errichtung einer Kranstellfläche erforderlich

Auch der Zustand der Zuwegung zur Anlage ist durch den Einsatz des internen Kranes mehr oder weniger zu vernachlässigen, da lediglich ein vergleichsweise leichterer Transporter mit dem Kran zur Anlage gelangen muss. Selbst die erneute Errichtung von Kranstellflächen, die einmal im Zuge der Anlageninstallation angelegt und anschließend zurückgebaut wurden, ist nicht erforderlich.

Praktische Erfahrungen wurden im Zuge von Großkomponentenwechseln mit dem internen Kran bereits beim Austausch von Generatoren gesammelt. Doch auch der Wechsel von Transformatoren lässt sich mit dem neuen Konzept überzeugend realisieren. Und selbst ein Getriebewechsel wurde so bereits vorgenommen.

Austausch oder Totalverlust?

Der konkrete Fall: Eine Anlage in einem Windpark in Brandenburg stand aufgrund eines Defektes am Stirnradgetriebe still. Problematisch für die Instandsetzung war der Standort des Windparks, der sich in einem ehemaligen und mittlerweile renaturierten Tagebaugebiet für Braunkohle befindet. Aufgrund behördlicher Anordnun gen durfte die Zuwegung zur Anlage mit schweren Fahrzeugen, und somit auch mit einem Schwerlastkran, nicht befahren werden. Eine Reparatur vor Ort wurde auf Grundlage eines Gutach tens zum konkreten Schadensbild – ein ausgeschlagenes Lager sowie ein Riss im Lagergehäuse – nicht empfohlen. Ein Austausch des Getriebes auf herkömm liche Weise war durch das Befahrverbot der Zuwegung zur Anlage ebenfalls nicht möglich. Die defekte WEA mit einer veranschlagten Betriebsdauer von rund 14 Jahren hätte demnach für den Betriebsführer einen Totalverlust im Anlagenbestand bedeutet.

Die passende Alternative

Letztlich war es dem Engagement des Versicherers sowie der Kooperation u. a. zwischen dem Betriebsführer und dem Getriebehersteller zu verdanken, dass die aufwendige Reparatur unter Einsatz des internen Krans und weiterer, eigens hierfür entwickelter Gerätschaf ten sowie einer modifizierten Traverse vorgenommen werden konnte. Dabei kam erschwerend hinzu, dass nicht das komplette Getriebe, sondern nur die Stirnradstufe ausgewechselt werden sollte. Dies bedeutete, dass der Einsatz inklusive der geplanten Trennung von Stirnrad- und Planetenstufe in der Anlage zuvor auf einem Teststand geprobt werden musste. Der Getriebewechsel wurde dann in der zweiten Jahreshälfte 2011 erfolgreich an der WEA durchgeführt.Das wegweisende Projekt, bei dem der erstmalige Aufwand für die Planung naturgemäß immens hoch war, macht deutlich: Ein Getriebewechsel mit einem internen Kran ist nur dann sinnvoll, wenn hierzu keinerlei Optionen mehr zur Verfügung stehen. In diesem konkreten Fall gab es, auch aus wirtschaftlicher Sicht, tatsächlich keine andere Wahl.

Kran-Konzept mit Zukunftspotenzial

Der Wechsel von Großkomponenten wie Generatoren und Transformatoren mit dem internen Kran in Verbindung mit einer geeigneten Traverse sowie entsprechend ausgearbeiteten Deinstallations- und Installationsstrategien wird sich aufgrund seiner offensichtlichen Vorteile durchsetzen. Wie bei allen erstmalig angewendeten Verfahren muss auch hier zunächst eine Fülle an Daten, auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichsten WEA-Standortbedingungen, erhoben werden. Allgemeingültige Aussagen, bspw. zu den zeitlichen und wirtschaftlichen Vorteilen, die das neue Konzept bietet, lassen sich daher bislang noch nicht tätigen. Konkrete Einzelfälle ermöglichen aber eine genaue Kalkulation, die auch die Vorteile zu der bisherigen Vorgehensweise unter Einsatz eines Schwerlastkrans verdeutlicht.

Fazit
In welchen WEA sich das neue Konzept realisieren lässt, hängt maßgeblich von der Auslegung der internen Kransysteme sowie weiterer konstruktiver Faktoren ab, die im Einzelfall bzw. im Hinblick auf den jeweiligen Anlagentypen zu prüfen sind. Aktuell einsetzbar ist das System bei einem Großkomponentenwechsel in Vestas®-Anlagen vom Typ V80, V90 (2 MW) und V66.

In der Regel ist in einem solchen Fall bei Einsatz eines externen Krans zunächst zu klären, in welcher Nabenhöhe die Arbeiten durchgeführt werden sollen, da hiervon die Wahl des Schwerlastkrans abhängig ist. Danach müssen Informationen zur Verfügbarkeit entsprechender Kräne sowie Angebote eingeholt werden. Für die Kranunternehmen von entscheidender Bedeutung ist in diesem Zusammenhang zunächst, ob eine geeignete Zuwegung zur Anlage existiert und diese für das Gewicht und die Dimensionen des Schwerlastkrans sowie des Transporters für die Krangewichte ausge legt ist.

Im ungünstigsten Fall ist die Zuwegung im Vorfeld eigens hierfür zu befestigen. Einkalkuliert werden muss zudem die weitere Logistik, darunter die Fahrtstrecke des Schwerlastkrans unter Einhaltung sämtlicher Vorschriften und Bestimmungen sowie die Zeit, die er bis zum und am Einsatzort benötigt.

Tausch über den internen Anlagenkran

Der Austausch des defekten Generators über den internen Anlagenkran macht indes diese zeitraubenden Vorbereitungen überflüssig. Für den Generatorwechsel wird zunächst der Wärmetauscher demontiert, in die über eine Winde an der Laufkatze montierte Traverse eingehängt und über den ge öffneten Maschinenhausboden auf das Fundament der Anlage herabgelassen. Danach wird auch der defekte Generator in die interne Kranlösung eingehängt und ebenfalls auf das Fundament abgesetzt. Der neue Generator kann anschließend auf gleichem Wege in das Maschinenhaus befördert und installiert werden.

Natürlich ist dies nur eine sehr verkürzte und damit prägnante Beschreibung der Vorgehensweise, stellt der Wechsel eines Generators auch mit dem internen Kran keinesfalls eine Minimalprozedur dar. Jedoch nimmt der Austausch mit allen Vorbereitungen – darunter das Abklemmen sämtlicher Anschlüsse zur Maschine und zum Wärmetauscher, das Öffnen des Maschinenhausbodens, die Deinstallation von Wärmetauscher und Generator und das Absenken der Komponenten auf das Anlagenfundament sowie die anschließenden Tätigkeiten zur Reinstallation des Wärmetauschers und zur Installation des neuen Generators – in der Regel zwei bis drei Tage in Anspruch.

Reduzierter Planungsaufwand Entscheidend ist aber, dass durch dieses neuartige Konzept dennoch die Zeit, die in der Regel bei dem Einsatz eines externen Krans für die Planung eines solchen Projektes erforderlich ist, eingespart werden kann. Auch der für die Aufstellung eines Schwerlastkrans zu betreibende Aufwand, der je nach Anlagenstandort und Nabenhöhe bis zu zwei Tage in Anspruch neben kann, wird damit überflüssig. Für das Anheben der Großkomponenten vom Fundament und das Absenken auf einen Lkw reicht nun ein weitaus leichterer und damit kleine rer Kran völlig aus. Derartige Kräne sind nicht nur im Vergleich zu Schwerlastkränen schneller verfügbar, sondern auch kostengünstiger.

Weniger abhängig von der Witterung

Ein weiterer Vorteil des neuen Konzepts ist die weitestgehend witterungsunabhängige Einsetzbarkeit. Denn immer wieder kommt es bei einem geplanten Austausch einer Großkomponente vor, dass die Abdeckung des Maschinenhauses aufgrund aufkommender Starkwinde nicht angehoben werden kann, da sie durch ihre Ausmaße eine gefährliche Angriffsfläche für den Wind bietet. Einsätze mussten aus derartigen Gründen daher in der Vergangenheit bereits des Öfteren abgebrochen oder vertagt werden. Ein nicht einsetzbarer Schwerlastkran verursacht in einem solchen Fall unnötige Mehrkosten.

Spezifische Voraussetzungen müssen erfüllt sein

So muss der interne Kran zunächst über eine Kranbahn verfügen, so wie man sie beispielsweise bei großen Hallenkränen kennt. Über diese Führung bewegt sich eine sogenannte Laufkatze, die hinsichtlich ihrer Tragkraft, also dem maximal zulässigen Gesamtgewicht, für die Aufnahme und den Transport von Großkomponenten ausgelegt sein muss. Ferner sollte die Möglichkeit bestehen, den Maschinenhausboden ohne Gefährdung zu öffnen, um über diesen Weg eine Großkomponente ablassen bzw. hochheben zu können.

Last but not least müssen die Träger, auf denen z. B. ein Generator montiert ist, einen ausreichenden Abstand bieten, um eine Großkomponente zwischen ihnen bewegen zu können.

Sind diese grundlegenden Voraussetzungen gegeben, ist die Entwicklung einer variabel einstellbaren Traverse zur Aufnahme unterschiedlicher Großkomponenten notwendig. Darüber hinaus müssen zuvor in Testumgebungen erprobte Spezialwerkzeuge für die Montage bzw. Demontage bereitstehen. Sind alle bislang genannten Bedingungen erfüllt, steht im Grunde dem Aus tausch einer Großkomponente durch den Einsatz eines internen Krans nichts mehr im Wege.

Praxisbeispiel Generatorwechsel

Wie ein derartiger Austausch durchgeführt werden kann, soll nachfolgendes Praxisbeispiel eines Generatorwechsels verdeutlichen, wobei auch das Szenario „Austausch mit einem Schwerlastkran“ berücksichtigt wird. Eine Anlage steht aufgrund eines Generatordefekts still, daher muss die Maschine ausgetauscht werden.