Überwachung der Verankerung von Offshore-Windkraftanlagen

Sensormanschette mit kabelloser Kommunikation und Energieübertragung für die dauerhafte Überwachung der Verankerung von Offshore-Windkraftanlagen. Fraunhofer IKTS

Zu den größten Kostentreibern bei Offshore-Windstrom, der derzeit 11 Cent/kWh kostet, gehören die Wartungskosten. Vor allem die Prüfung der metallischen Verankerungen am Meeresgrund, an den sogenannten Gründungsstrukturen, ist aufwendig und mit gefährlichen Taucher-Einsätzen verbunden.

Das Ultraschall-Messsystem in Form einer Sensormanschette macht solche Einsätze überflüssig. Dazu wird die Manschette wie ein Ring direkt und dauerhaft an stark belasteten Bereichen von Gründungsstrukturen – beispielsweise Schweißnähten – angebracht. In die Manschette sind Sensoren integriert, die abwechselnd jeweils als Sensor oder Aktor agieren. Das heißt, sie sind in der Lage, spezielle Ultraschallwellen auszusenden oder zu empfangen. Durch das Reflektionsmuster dieser Wellen im Material lassen sich Schädigungen wie Schweißnahtrisse erkennen. Bei dieser Messtechnik beeinflusst von außen aufwachsendes Biomaterial die Messungen weit weniger als bisher – und dadurch kann manuelle Säuberung der Messstellen durch Taucher entfallen.

Neben Biomaterial sind auch das korrosive Salzwasser und die enormen Kräfte der Wellen eine Belastung für die Sensoren des Messsystems. „Deshalb werden die Sensoren einlaminiert. Die entstehenden Barriereschichten schützen die Sensoren vor eindringendem Meerwasser“, erklärt Dr. Bianca Weihnacht, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IKTS. „Das funktioniert jedoch nur mit flachen elektronischen Komponenten, die wir eigens dafür entwickelt haben. So werden in die Sensormanschette beispielsweise flache Spulen für die Energieübertragung integriert“.

Drahtlose Energie- und Datenübertragung

Das Auslesen der gemessenen Daten an der Sensormanschette erfolgt nicht mehr durch Taucher, sondern durch ein Remote Operating Vehicle (ROV), einem per Kabel ferngesteuerten Unterwasser-Roboter. Mittels WLAN werden die Daten von der Sensormanschette auf das Diagnosegerät am Roboter übertragen und anschließend über das Kabel zu den Technikern auf dem Schiff transferiert. Künftig soll auch dieser Arbeitsschritt optimiert werden, indem sowohl die Messdaten als auch die benötigte Energie über weite Entfernungen von der Sensormanschette zur Wartungsstation drahtlos übertragen werden.