Wandel bei Kraftwerken: Durch Analyse Schäden frühzeitig erkennen

Management

Instandhaltung - Die politisch erzwungene Energiewende stellt die konventionellen Kraftwerke vor Herausforderungen, die auch einen Einfluss auf die Instandhaltungsstrategie und deren Umsetzung hat. Das Messen und Analysieren wird wichtiger. An die EAM-Software sollte auf Dauer auch eine Datenbank angebunden werden.

31. August 2015

Die Energiewende stellt die konventionellen Kraftwerke vor technische und wirtschaftliche Herausforderungen, die den Erhalt und gegebenenfalls erforderliche Modernisierung der vorhandenen Kraftwerke sowie zusätzlich den Bau neuer effizienterer Kraftwerke in Frage stellt.

Die heute gegenüber früher stark veränderten Fahrweisen erfordern es, den Kraftwerksbetrieb neu auszurichten. Damit verbunden sind Folgemaßnahmen, die sowohl im organisatorischen wie im technischen Bereich liegen. Hierzu gehören unter anderem Lastgradienten zu steigern, die An- und Abfahrzeiten zu verkürzen sowie Teilwirkungsgrade zu erhöhen.

Der politisch erzwungene Wandel des Einsatzbereiches weg vom Kapazitätsmarkt und hin zur Kapazitätsreserve erfolgte, ohne gleichzeitig den Beitrag dieser Kraftwerke zum erforderlichen Erhalt der Versorgungssicherheit zu honorieren. Die wirtschaftlichen Herausforderungen, die sich daraus ergeben, haben schon und werden auch weiterhin massive Kostenreduzierungen unter anderem im Bereich der Instandhaltung nach sich ziehen. Betreiber verringern Kraftwerks- und damit auch das Instandhaltungspersonal massiv. Daneben ist auch ein Wechsel der Instandhaltungsstrategien zu verzeichnen.

Vermehrter Einsatz von Daten

Bildeten früher vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen den Schwerpunkt der Instandhaltungstätigkeiten, erfolgt unter Berücksichtigung der gesetzlich zulässigen Grenzen ein kontinuierlicher Wechsel hin zu einer zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie. Bei beiden Strategien kann grob differenziert werden zwischen den Bereichen der ausfallorientierten Instandhaltung im Falle einer Störung und der proaktiven Instandhaltung, also dem Vermeiden von Ausfällen.

Die gängigen Enterprise-Asset-Mananagement-Softwarelösungen (EAM) decken die aus den Maßnahmen zur ausfallorientierten Instandhaltung resultierenden Anforderungen an eine-Software auch heute schon ab: Und zwar durch den Service-Request (Störmeldung) sowie durch die Workorder (Arbeitsauftrag).

Bei den Maßnahmen zur proaktiven Instandhaltung haben sich die Grundlagen für die Kraftwerksbetreiber grundlegend geändert. Bedingt durch stark eingeschränkte Budgets und massiven Personalabbau wird es für sie immer wichtiger, den Zustand einer Anlage/Komponente detaillierter bewerten und daraus resultierende Maßnahmen herleiten zu können.

Unter dem Begriff Industrie 4.0 und der daraus abgeleiteten Instandhaltung 4.0 soll dies unter anderem ereicht werden, indem man vermehrt Prozess- und Maschinendaten einsetzt und austauscht sowie auswertet und analysiert. Ein wichtiger Baustein, um dieses Ziel zu erreichen, sind verfügbare Daten und vor allem auch eine weitergehende Qualifizierung der Mitarbeiter, um die vorhandenen Daten fundiert nutzen und bewerten zu können. Das Instandhaltungspersonal entwickelt sich somit weiter zum Daten-Analytiker.

Die im Sinne Instandhaltung 4.0 erforderlichen Daten sind gerade in neueren Anlagen häufig schon verfügbar, werden jedoch zu wenig genutzt. Für relevante Anlagenbereiche, deren Prozess- und Maschinendaten noch nicht elektronisch erfasst sind, sollte alternativ auch die Möglichkeit einbezogen werden, die Daten manuell, etwa im Rahmen von Rundgängen zu erfassen.

Rückschluss auf die Dringlichkeit

Um vorhandene Daten unabhängig von ihrer Herkunft verarbeiten und interpretieren zu können, sind diese zunächst in einer ›Produktionsdatenbank‹ zu sammeln und per Auswertungs- und Analysetools zu verarbeiten. Darauf aufbauend können dann die erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen abgeleitet und durch die EAM-Software initiiert werden.

Ein Beispiel: Bei General Electric Wind konnte bei einer Windenergieanlage (WEA) auf Basis von Messdaten und deren Analyse frühzeitig ein Schaden an einem Lager entdeckt, Maßnahmen daraus abgeleitet und dadurch mögliche Folgeschäden verhindert werden.

Die verfügbaren Daten haben zusätzlich Rückschlüsse auf die Dringlichkeit der Maßnahme zugelassen, um so gegebenenfalls auf der Zeitachse die richtigen Rahmenbedingungen wie etwa geringe Windgeschwindigkeiten und ohnehin anstehende Instandhaltungsmaßnahmen an der betreffenden WEA abwarten zu können.

Produktionsdatenbank anbinden

Auch wenn die meisten EAM-Softwarelösungen die entsprechenden Funktionalitäten heute schon anbieten, die eine proaktive Instandhaltungsstrategie unterstützen: Im Sinne der Umsetzung der Philosophie Instandhaltung 4.0 ist es erforderlich, eine Produktionsdatenbank an die EAM-Software anzubinden. Dadurch kann der Automatisierungsgrad erhöht und damit dem reduzierten Personalbestand im Bereich der Instandhaltung entsprochen werden.

Beispiele aus vorhandenen Anlagen haben gezeigt, dass Maßnahmen im Sinne dieser Philosophie einen Beitrag liefern können, um den neuen Anforderungen gerecht werden zu können. So setzten zum Beispiel Betreiber eines Gaskraftwerkes Prozessdaten zur Analyse des Anlagenzustandes ein, um daraus abgeleitet Unregelmäßigkeiten zu erkennen. Bei diesen Beispielen wurde bewusst nicht per Big Bang umgestellt, sondern schrittweise vorgegangen, um so notwendige Erfahrungen zu sammeln und die Basis zu schaffen, die Strategie weiter auszurollen.

Die am Markt gängigen EAM-Lösungen bieten die erforderlichen Funktionalitäten, um den Wechsel von der vorbeugenden zur zustandsorientierten Instandhaltungsstrategie unterstützen zu können. Einsatz und Anbindung einer gegebenenfalls erforderlichen Produktions-DB sollten von dem Umsetzungsgrad der Maßnahmen im Sinne Instandhaltung 4.0 abhängig gemacht werden. Sie ist nicht Voraussetzung für erste Schritte in diese Richtung.

Datenflut in den Griff bekommen

Für die ersten Schritte können die Daten noch jeweils lokal durch einzelne betroffene Mitarbeiter ermittelt und verarbeitet werden. Hat sich die Vorgehensweise bewährt und werden weitere Maschinen/Systeme/Apparate in die Systematik eingebunden, wird der dabei anfallende und zu analysierende Datenumfang sehr schnell Dimensionen erreichen, die eine rein lokale Verarbeitung sprengen.

Hier ist dann eine Produktions-DB einzurichten, die über Schnittstellen mit den anfallenden Daten befüllt wird. Diese werden per Analyseprogramme aufbereitet und verarbeitet. Bei eindeutigen Ergebnissen – zum Beispiel Überschreitung von Grenzwerten und damit verbundenen eindeutig ableitbaren Maßnahmen könnten dann etwa entsprechende Arbeitsaufträge direkt in einem EAM-System generiert und damit die Behebung angestoßen werden.

Michael Lex (GiS - Gesellschaft für integrierte Systemplanung)

Erschienen in Ausgabe: 07/2015