FMEA für robuste Windenergieanlagen

Um den negativen Einfluss von extremen klimatischen Bedingungen auf Windkraftanlagen zu untersuchen, ist eine frühzeitige Risikoanalyse ratsam. Eine probate Methode hierfür ist die FehlerMöglichkeits- und EinflussAnalyse (FMEA). Vor diesem Hintergrund wurde der Softwareanbieter PLATO beauftragt, für den internationalen Windenergieanlagenhersteller Repower Systems eine FMEA zu moderieren.

Deutschlands Windenergieanlagen haben 2010 rund 37,5 Milliarden Kilowattstunden Windstrom produziert. Dies entspricht einem Anteil von rund 6,2 Prozent, sagte der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) in Berlin in seiner vorläufigen Schätzung zum Jahresende 2010. Allein Nordrhein-Westfalen will bis zum Jahr 2020 den Windstromanteil verfünffachen. Wie sieht es im internationalen Vergleich aus? Der „World Wind Energy Report“ der jährlich von der World Wind Energy Association (WWEA) publiziert wird, nennt neben dem europäischen und nordamerikanischen Markt den asiatischen Markt als wichtige Zielgruppe für den Einsatz von Windenergieanlagen.

Die technischen Anforderungen an die Windenergieanlage sind komplex und stark abhängig vom Standort der Anlage. Das Betreiben von Windparks auf See (Offshore-Windparks)birgt andere Risiken als eine Anlage auf dem Festland (Onshore-Windparks). Sowohl die Offshore- als auch die Onshore-Windkraftanlage unterliegen klimatischen Einflussfaktoren, welche jedoch je nach Klimazone differenziert zu analysieren sind. Windkraftanlagen in kaltgemäßigten Klimazonen sind anderen Einflussfaktoren ausgesetzt als Windkraftanlagen in warmgemäßigten Klimazonen (beispielsweise ungleiche Temperaturbereiche oder Luftfeuchtigkeitswerte). Um den negativen Einfluss von klimatischen Bedingungen auf die Anlage zu untersuchen, ist eine frühzeitige Risikoanalyse ratsam. Eine probate Methode hierfür ist die FMEA (FehlerMöglichkeits- und EinflussAnalyse).

Bereits in den ersten Phasen von komplexen Entwicklungsprojekten werden die entscheidenden Weichen über den Erfolg oder Misserfolg gestellt. Mangelnde Definition der Unternehmens- und Projektziele, unfokussierte Produktanforderungen und unkoordinierte Änderungen im Verlauf der Projekte sind entscheidende Gründe für das Scheitern von Kundenaufträgen. Mit der Erhöhung der Risikokenntnisse lässt sich die Qualität kostenrelevanter Entscheidungen wesentlich erhöhen. Dies ist insofern wichtig, da in den frühen Phasen der Entwicklung die Freiheitsgrade und damit Optimierungsmöglichkeiten noch sehr hoch sind. Die zu einem späteren Zeitpunkt notwendig werdenden Änderungen führen zu hohen Kosten, die man möglicherweise frühzeitig hätte erkennen und vermeiden können.

Vor diesem Hintergrund wurde die PLATO AG von der RETC Renewable Energy Technology Center GmbH beauftragt, für den internationalen Windenergieanlagenhersteller Repower Systems SE eine FMEA zu moderieren.RETC ist ein Technologie- und Qualifizierungszentrum im Bereich Windenergie. Eine seiner Aufgaben ist es, bewährte Methoden und Lösungen einzuführen und die Mutterfirmen darin zu unterstützen, Windenergieanlagen in der geforderten Qualität und Zeit sowie zu wettbewerbsfähigen Kosten zu liefern. Gemeinsam mit Repower Systems hat PLATO eine FMEA für den Einsatz von Windenergieanlagen im Hinblick auf konkrete klimatische Einflussfaktoren durchgeführt.

Die Aufgaben waren:

• Die konstruktive Auslegung der Anlage für den Einsatz in kalten Klimazonen zu verifizieren.
• Die Wechselwirkung zwischen den rund 70 Komponenten einer Windkraftanlage, bestehend aus Mechanik, Elektronik und Software zu berücksichtigen.
• Die Komplexität der Analysen und somit den Aufwand für alle Beteiligten möglichst gering zu halten.
• Die Top Risiken zu identifizieren und zu reduzieren.
• Den Überblick über das aktuelle Risiko der Gesamtanlage zu erhalten.

Durch den Einsatz einer datenbankbasierten Softwarelösung konnte während der gesamten Projektlaufzeit die Umsetzung der Maßnahmen und Neubewertung des Risikos für die analysierte Windkraftanlage überwacht werden. Parallel wurde die Basis für eine Wissensdatenbank geschaffen, die für künftige Projekte für Recherchen genutzt werden kann.

Interdisziplinäre FMEA-Teams haben sich bewährt

In diesem Großprojekt wurden innerhalb kurzer Zeit 54 Komponenten auf Risiken und deren Wechselwirkungen miteinander überprüft. Durch das Zusammenfassen der Themen für die FMEA-Meetings nach der funktionalen Aufgabe einzelner Komponenten und die Begleitung von einem professionellen Moderator der PLATO AG, konnte der Aufwand für die an der FMEA beteiligten 37 REpower Mitarbeiter als gering eingestuft werden. Darüber hinaus liefert die System-FMEA eine Produktbeschreibung und sicherzustellende Funktionsmerkmale bzw. Funktionszusammenhänge, welche für künftige Projekte einen hohen Wiederverwendungswert haben (Lessons Learned, Knowledgebase).

Insbesondere die interdisziplinäre Zusammensetzung der FMEA-Teams führte dazu, dass die Kommunikation zwischen den Produktverantwortlichen und Prozessverantwortlichen nicht nur intensiviert wurde, sondern auch neue fachliche Aspekte lieferte. Die datenbankbasierte Softwarelösung PLATO SCIO™ ermöglicht dem Projektleiter die durchgeführten Analysen insgesamt auszuwerten und den Risikostand für das komplette Projekt zu visualisieren und zu verfolgen.