Aufrufe
vor 4 Jahren

9 | 2013

  • Text
  • September
  • Umweltmagazin
  • Unternehmen
  • Anlagen
  • Energie
  • Technik
  • Einsatz
  • Deutschland
  • Anforderungen
  • Industrie

TECHNIK UND MANAGEMENT

TECHNIK UND MANAGEMENT Mess-/Leittechnik Schäden wie der abgebildete werden weniger, dadie funktionale Sicherheit einen immer höheren Stellenwert in Windenergieanlagen einnimmt. Sicher am Wind Im Bereich der Erzeugung regenerativer Energie stellen Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland einen wesentlichen Faktor dar. Trotzdem oder gerade deshalb wird immer wieder über die Vor- und Nachteile ihres Betriebs diskutiert. Unter anderem geht es um den Einsatz neuer und effektiverer Technologien, umden vorhandenen Wind möglichst optimal auszunutzen. Neben einer hohen Wirtschaftlichkeit müssen die Hersteller der WEA aber auch für die sichere Funktionsweise ihrer Anlagen sorgen. Torsten Gast und Martin Mester Wurde eine Windenergieanlage in der Vergangenheit als Gebäude betrachtet, ist mittlerweile eindeutig festgelegt, dass sie in denAnwendungsbereich der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG fällt. Diese regelt ein einheitliches Schutzniveau zur Unfallverhütung für Maschinen beim Inverkehrbringen innerhalb des europäischen Wirtschaftsraums (EWR) sowie der Schweizund derTürkei. DieZuordnung stellt die Hersteller von WEA nun vor neue Herausforderungen. Denn sie müssen zusätzlich zur Durchführung einer Gesamtzertifizierung eine CE-Konformitätserklärung ausstellen, welche die Umsetzung der Anforderungenaus der Maschinenrichtlinie und allen weiteren relevanten Richtlinien bestätigt. Das bedeutet im Detail, dass als Grundlage für die Herstellung einer Windenergieanlage eine Risikobeurteilung zu durchlaufen ist. Nach der Beschreibung der Lebensphasender WEA müssendazuimersten Schritt sämtliche Gefährdungen ermittelt werden. Neben den bekannten Gefahren wie einer Überdrehzahl des Rotors oder Kabelverdrillung bei der Gondel können sichandere Risiken ergeben, die konstruktionsbedingt sind. So dürfen beispielsweise in Bereichen, in denen das Wartungs- und Service-Personal arbeitet, keine Quetsch- oder Scherstellen vorhanden sein. ImRahmen der Risikobeurteilung lassen sich entsprechende Gefährdungen erfassen und anschließend bewerten, damit Maßnahmen zur Risikoreduzierung abgeleitet werden können. Individuelle Risikobeurteilung notwendig Die vom Germanischen Lloyd verfasste „Richtlinie für die Zertifizierung von Windkraftanlagen“gibt inder Fassung von2010inKapitel2„Sicherheitssystem,Schutz- und Überwachungseinrichtungen“ eine Hilfestellung bei der Bestimmung der GefährdungenrespektiveSicherheitsfunktionenvon WEA.In Anhang2.C sindbeispielhaftmögliche zutreffende Sicherheitsfunktionen mit dem zuerreichenden Performance Level (PL) aufgelistet. Diese Aufstellung liefert gute Anhaltspunkte, entbindet die Herstellervon Windenergieanlagen jedoch nicht von der Durchführung einer eigenen Risikobeurteilung und Ermittlung dererforderlichen Sicherheits- Integrität. Die GL-Richtlinie zeigt darüber hinaus auf, wie sich einzelne Überwachungsfunktionen realisierenlassen. Ferner stellt sie Wertezur Verfügung,die bestimmte Reaktionserwartungen an die WEA nachsichziehen. In einemAbschnitt wird zum Beispiel das vielfach diskutierte Thema der Eisbildung an den Rotorblättern beschrieben. Sollte hier keine Blattheizung für die Windenergieanlage installiert sein, fordert die GL-Richtlinie Maßnahmen zur Erkennung derEisbildung. Vielschichtige Sicherheitsfunktionen Den größten Teil ihrer Lebensdauer arbeitenWEA autark;lediglichbei Inbetriebnahme sowie während Serviceund Wartungsmaßnahmen befinden sich Mitarbeiter inder Anlage. Die im Laufe dieser Lebensphasen auftretenden Gefährdungen können sicher einfacher beurteilt und beherrschtwerden als die Risiken, die sich imautomatischen Betrieb ergeben. Indiesem Zeitraum kann es zu Gefährdungen kommen, die schlimmstenfalls zur Zerstörung derWindenergieanlageführen. Die Sicherheitsfunktionen einerWEA sindvielschichtig und verteilensichauf die drei wesentlichen Elemente Turm, Gondelund Nabe, an derdie Rotorblät- 48 UmweltMagazin September 2013

ter angebracht sind. Für die Standsicherheit der Anlage haben die Sicherheitsfunktionen inder Nabe eine große Bedeutung. Sollten die Rotorblätter beispielsweise bei einer zuhohen Windgeschwindigkeit nicht aus dem Wind gedreht werden (Pitchen) könnte eines der Rotorblätter unter Umständen zerstörtwerden. Selbst das Umknickendes Turmslässtsichindiesem Fall nicht ausschließen. Eine negative Auswirkung auf die Sicherheithaben zudem Beschädigungen der Energiekabel (Kabel- Loops) in der Anlage, wenn die Gondel am Turm übermäßiggedreht wird. Sicherheitsgerichtete Erfassung der Windgeschwindigkeit Die in der Vergangenheit gebauten und aufgestellten Windenergieanlagen erweisen sichnicht zwangsläufig als unsicher, da viele Gefährdungenaufgrund der gesammelten Erfahrungen bereits konstruktiv ausgeschlossen wurden. Weil jedoch immer mehr WEA installiert werden und die Abmessungen sowohl der Türme als auch der Rotorblätter zunehmen, ist eine genaue sicherheitstechnische Betrachtung derneuen Anlagen unabdingbar.Die Herausforderung für die WEA-Herstellerliegt darin, die Anlagenfunktionen über die Betriebsführung der Windenergieanlage hinaus als Sicherheitsfunktionen abzubilden und einen entsprechenden Nachweis der Sicherheits-Integrität durchzuführen. In acht Phasenzur normativsicheren Maschine Der Sicherheitslebenszyklus beschreibt in acht Phasen die erforderlichen Tätigkeiten, umdie Anforderungen an die Maschinensicherheit zuerfüllen. Die Phasen und die aus ihnen abgeleitete Vorgehensweise entsprechen dabei den normativen Vorgaben der DIN EN ISO 13849–1 und der DIN EN62061. Ausgangspunkt der Aktivitäten ist die Risikobeurteilung, deren Inhalt die Grundlage für alle weiteren Phasen schafft. Auf dieser Basis können die Sicherheitsfunktionen der funktionalen Sicherheit spezifiziert und verifiziert werden. Den Abschluss des Sicherheitslebenszyklus bildet die Validierung sämtlicher Sicherheitsfunktionen an der Maschine. Dieser Funktionstest dient als Nachweis, dass alle geplanten Maßnahmen zur Risikominderung auch umgesetzt worden sind. Die Einhaltung der vorgesehenen und strukturierten Vorgehensweise ermöglicht das gezielte und nachvollziehbare Erreichen der grundlegenden Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen für eine Maschine. So ist eszum Beispiel notwendig, die Windgeschwindigkeit sicherheitsgerichtet zuerfassen, damit die Rotorblätterbei zu starkenBöen auf jeden Fall aus dem Wind gedreht werden. Auf diese Weise lässt sich die Beschädigung des Turms oder der Gondel sowie die Verletzung von Menschen, die sich unter Umständen in der Nähe der WEA aufhalten, vermeiden. In der Vergangenheit wurde die Windgeschwindigkeit in der Betriebssteuerung ermittelt. Allerdings waren weder die Sensorik noch die Aktorik als Safety-Komponente konzipiert, respektive gab es keine Sicherheitskennwerte, um einen Nachweis zur Sicherheits-Integrität erbringen zu können. Wird die Windgeschwindigkeitjetzt unter dem Aspekt der funktionalen Sicherheit aufgenommen, muss die Sensorik und Logik aus Sicht der Sicherheitstechnik betrachtet werden. Esist also erforderlich, die jeweiligen Signale in der sicheren Steuerung zu erfassen und auszuwerten. Bei der Ermittlung der Windgeschwindigkeit handelt es sich typischerweise um Analogwerte. Umfassendes Branchenund Safety-Wissen Die beschriebenen Aspekte sind nur einige der Herausforderungen, denen sich die Hersteller von Windenergieanlagen stellen müssen. Dabei spielt es keine Rolle,obesumKleinwindanlagen geht oder die WEA im Multimegawatt- Die acht Phasen des Sicherheitslebenszyklus beschreiben die Tätigkeiten, die zur Erfüllung der Maschinenrichtlinie notwendig sind. Bilder (3): Phoenix Contact Mit dem RFC 470 SPN3TX stellt Phoenix Contact eine spezielle Steuerung zur Verfügung, die die Betriebsführung und Sicherheitstechnik zeitgleich bearbeiten kann. Bereich angesiedelt sind. Die Anforderungen der Maschinenrichtlinie müssen von allen Varianten eingehalten werden. Um in diesem Umfeld eine branchenspezifische Hilfestellung anbieten zu können, hat Phoenix Contact im Competence Center Safetyspezielles Expertenwissen im Bereich der Windenergie aufgebaut. Die Mitarbeiter, die hier eine Risikobeurteilung moderieren, verfügen über ein grundsätzliches Verständnis hinsichtlich der Funktionen einer Windenergieanlage, was zu schnellenErgebnissen führt. Abgeleitet aus den Normen DIN EN ISO 13849–1und DIN EN 62061, welche die Anforderungen an die technische Umsetzung von Sicherheitsfunktionen erläutern,hat Phoenix Contact ein Phasenmodell für den Sicherheitslebenszyklus entwickelt. Aus dem Modell lassen sich die einzelnen Schritte entnehmen, die ein Hersteller von Maschinen durchlaufen muss,damit er eine technische Dokumentation vorlegen kann, die denvon der Maschinenrichtlinie gefordertenSicherheitsnachweis erbringt. DasExperten-Team desBlombergerAutomatisierungsspezialisten unterstützt die WEA-Anbieter daher in sämtlichen Phasen des Lebenszyklus inForm von Beratung, Moderation oder Engineering, sodasssichdie Anforderungen der sicherheitstechnischen Normen zuverlässig und schnell realisierenlassen. Torsten Gast, Martin Mester, beide Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont, tgast@phoenixcontact.com; mmester@phoenixcontact.com UmweltMagazin September 2013 49

Ausgabenübersicht