Neues SKF Explorer-Lager für zuverlässigeren Betrieb von Windenergieanlagen: Vielversprechender Feldtest bei Vattenfall

Vattenfall ist einer größten Energiedienstleister Europas: Im vergangenen Jahr erwirtschafteten die rund 20.000 Mitarbeiter des Konzerns einen Nettoumsatz von ca. 13,3 Milliarden Euro. Die Wurzeln des Staatsunternehmens reichen bis ins Jahr 1909 zurück, als die Schweden begannen, Strom aus Wasserkraft zu erzeugen (Vattenfall = Wasserfall). Heute betreibt Vattenfall mehr als 1.300 Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von 2.200 MW in Deutschland, den Niederlanden, Großbritannien, Dänemark, Schweden und Finnland. Erklärtes Firmenziel ist es, auf eine Welt ohne fossile Brennstoffe hinzuarbeiten.

In Dänemark gehört Vattenfall zu den Hauptakteuren der Windenergiebranche. „In diesem Industriezweig steckt natürlich auch viel Geschäftspotenzial für uns“, so der Leiter des Bereichs Erneuerbare Energien bei der dänischen SKF, Peter Scheibner. „Denn im Grunde wollen Energieversorger wie Vattenfall und die Windenergieanlagenhersteller das Gleiche: einen möglichst störungsfreien Betrieb; und das idealerweise über einen Zeitraum von 25 Jahren und mehr.“ Dazu trage SKF als Lager-, Schmierstoff- und Systemlieferant für Windenergieanlagen maßgeblich bei – nicht nur „traditionell“ an Land, sondern zunehmend auch im Offshore-Bereich, der auf dem gesamten Globus über große Wachstumschancen verfügt.

Nun wachsen die Windenergieparks auf See ebenso wie die dort installierte Technik. Und die größeren Turbinen, Getriebe, Generatoren und höheren Belastungen stellen neue Anforderungen an die Lagersysteme. „Natürlich haben wir mit all diesen Themen bereits umfangreiche Erfahrungen gesammelt“, so Scheibner, „aber bei neuen Projekten arbeiten wir sehr gerne sehr eng mit einem Kunden wie Vattenfall zusammen!“

Gutes noch besser

Laut Scheibner haben sich Standard-Pendelrollenlager, wie sie normalerweise an den Hauptwellen von Windenergieanlagen eingesetzt werden, durchaus bewährt – mit bis zu 20 Jahren Lebensdauer bei entsprechender Wartung. Aber derartige Lager geraten langsam an ihre Grenzen. Um diese Grenzen noch ein wenig verschieben zu können, hat SKF in Kooperation mit Windenergieanlagenherstellern die technischen Voraussetzungen von Offshore-Windanwendungen genauestens analysiert. Auf Basis der entsprechenden Erkenntnisse konnte das Unternehmen neuartige Pendelrollenlager entwickeln, die speziell für ihre Anwendung in der Windenergie optimiert wurden.

Ein solches Lager befindet sich schon seit Februar 2016 im Probebetrieb. Es läuft im dänischen Windpark Tjæreborg Enge, rund zehn Kilometer südlich von Esbjerg. In Esbjerg ist mit der Überwachungszentrale von Vattenfall das Herzstück der Windparkinstandhaltung angesiedelt: Hier können sich die Ingenieure auf zahlreichen Monitoren die Betriebszustände ihrer Windparks detailliert anzeigen lassen – bis hinunter zu einer einzelnen Turbine. Zu den anspruchsvollen Aufgaben der Überwachungs-Crew gehört u. a., sich anbahnende Wartungsmaßnahmen an den Hauptkomponenten mehrerer Turbinen terminlich zu bündeln – um bspw. die Kosten für den Einsatz von Kranen zu minimieren. Das wiederum verlangt nach einer vorausschauenden Instandhaltung; und daran ist im Falle des neuen Pendelrollenlagers auch SKF beteiligt.

Vattenfall setzt in Esbjerg SCADA- (Supervisory Control and Data Acquisition) und CM- (Condition Monitoring) Online-Systeme ein, um den Überblick über seine On- und Offshore-Turbinen zu behalten. Diese Systeme überwachen die aktuelle Energieerzeugung, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Getriebeschmierung samt Öltemperatur und -druck sowie Kühlwassertemperatur und -druck des Generators. Die entsprechenden Daten liefern wertvolle Informationen über Veränderungen der einzelnen Betriebszustände, woraus sich Vorhersagen über die Zeit bis zum Ausfall der betroffenen Komponenten ableiten lassen.

Tausende von Simulationen für eine einzigartige Lösung

Von einem Ausfall ist das optimierte SKF Pendelrollenlager freilich noch weit entfernt. Dessen voraussichtliche Lebensdauer konnte vor allem dank einer Überarbeitung seiner inneren Geometrie verlängert werden. Zu diesem Zweck hatte SKF sogar ein neues Designverfahren entwickelt, bei dem die Innengeometrie des Lagers im Computer iterativ modifiziert wurde: Das Programm berechnete die Leistung von Tausenden möglichen Innengeometrien – so lange, bis das optimale Design für die Anforderungen in der Windenergieanwendung gefunden war. Daraus resultierte in der Folge auch eine neuartige Käfig-Geometrie inklusive Ersatz des bislang benutzten Messingwerkstoffs durch Gusseisen: Das ist steifer und härter als Messing.

Im Zuge der Entwicklung wurden außerdem mehrere metallische Gleitkontakte eliminiert, um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Dazu hat SKF u. a. die internen Schmierungseigenschaften des Lagers verbessert. Dadurch – und dank der geringeren Anpressdrücke – stieg die berechnete Lagerlebensdauer um durchschnittlich 60 Prozent. Gleichzeitig gelang es den Ingenieuren, das Gewicht der langlebigeren Lager um rund 4 Prozent zu senken.

Nun hoffen SKF und Vattenfall darauf, dass das neue Pendelrollenlager die hohen Erwartungen auch dauerhaft erfüllt: Erklärtes Ziel ist die hundertprozentige Zuverlässigkeit des Lagers über die gesamte angepeilte Lebensdauer der Anlage hinweg – und das sind in diesem Fall 25 Jahre. „Wer langfristige Verbesserungen verwirklichen will, tut gut daran, sich kurzfristig an der Erprobung unserer Lager zu beteiligen“, betont Scheibner: „Denn diese Art der Zusammenarbeit ist für uns zur Durchführung von Tests unerlässlich. Und für einen Anwender wie Vattenfall im Endeffekt genauso wichtig!“ Außerdem stärkt ein solcher Problemlösungsansatz auch die Kundenbeziehungen, wie Lars Buhrkall, Leiter des Onshore-Windpark-Betriebs von Vattenfall in Esbjerg, andeutet: „Es ist definitiv eine Win-Win-Situation: SKF unterstützt uns mit ihren Ressourcen – und wir kommen unserem Wunsch nach einem möglichst störungsfreien Betrieb immer näher!“

Das neue SKF Lager für die Windenergie

Das Pendelrollenlager SKF 240/710 BC, das sowohl für On- als auch Offshore-Windenergieanlagen entwickelt wurde, setzt einen neuen Maßstab in Sachen Lagerleistung und Präzisionsfertigung. Zu seinen Stärken gehören die niedrigen Drehzahlen, seine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Schubkräfte und seine verbesserte Innengeometrie. Das „weiche“ Messing des Käfigs wurde durch viel härteres Gusseisen ersetzt. Diese wichtigen Konstruktionsänderungen tragen erwiesenermaßen dazu bei, den Verschleiß zu minimieren und althergebrachte Schmierungsprobleme zu lösen.

Weitere effizienzsteigernde Lösungen für die Windenergiebranche präsentiert SKF in der Zeit vom 25. bis 28. September auf der WindEnergy Hamburg. Besucher der WindEnergy finden SKF in Halle B6 am Stand 370.