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ConMoto Consulting Group GmbH


ConMoto-Kurzstudie:
Effektiver Betrieb von Windkraftanlagen –
Realisierung von Maintenance Excellence
Erkenntnissen




München, im September 2011

Wir schaffen Vorsprung
Inhalt



                    1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie
                      „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“


                    2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung


                    3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei
                       Windkraftanlagen


                   4. ConMoto Consulting Group – Übersicht




 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   2
ConMoto-Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von
Windkraftanalgen“ (2011) – Untersuchungsumfang und Basisdaten



                                                           Auswertung Basisdaten

                                                Repräsentative Untersuchung bei Betreibern
                                                von Windparks

                                                Ø Volllaststunden pro Jahr:          2.141 h (Onshore)
                                                Ø Volllaststunden pro Jahr:          3.695 h (Offshore)

                                                Untersuchte Hersteller:
                                                  □   Enercon                    □     Nordex
                                                  □   Vestas                     □     NEG Micon
                                                  □   GE                         □     RE Power
                                                  □   Windworld                  □     HSW / BWU
                                                  □   Siemens                    □     Fuhrländer




 ConMoto Consulting Group GmbH   Wir schaffen Vorsprung              Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   3
Methodische Vorgehensweise – Ermittlung der Sollwerte und Analyse
angewandter Instandhaltungsstrategien
   Stördatenanalyse und ConMoto Best-Practice-                             Soll-IH-Strategien                                                                                                                                                                    ConMoto
   Erkenntnisse                                                                                                                                                                                                                                                  „Risiko- und
                                                                                                                                                                                                                                                                 verfügbarkeits-
                                                                                                                                                                                                                                                                 basierte
                                                                                                                                                                                                                                                                 Instandhaltungs-
                                                                                                                                                                                                                                                                 strategien“




   Auswertung der Befragung bei WKA-Betreibern                             Ist-IH-Strategien




                                                                                                                                                                                       Periodische Strategie




                                                                                                                                                                                                               Periodische Strategie
                                                                                                                                           Redundanz Strategie




                                                                                                                                                                 Redundanz Strategie




                                                                                                                                                                                                                                                      Zustandsorientierte
                                                                                      Instandhaltungs-




                                                                                                                                                                                                               kürzere Intervalle
                                                                                                                                                                                       längere Intervalle
                                                                                             Strategie

                          Abfrage von Instandhaltungs-




                                                                                                         Crashstrategie



                                                                                                                          Eliminierungs-




                                                                                                                                                                                                                                       Sequentielle
                                                                                                                                                                 Mehrfache




                                                                                                                                                                                                                                       Strategie




                                                                                                                                                                                                                                                      Strategie
                                                                                                                          strategie


                                                                                                                                           Einfache
                                                                             System

                          strategien (IH-Strategien) für
                          die Hauptsysteme von WKA:                                   Pitchsystem
                                                                                                         52%                1%                1%                                        10%                     31%                     4%               1%



                                                                                      Windrichtungs-
                                                                                      führung

                                  Antrieb




                                                                           Antrieb*
                                                                                                         51%                 3%                                     1%                   10%                                                              1%
                                                                                                                                                                                                                 34%




                                                                                      Rotornabe

                                  Abtrieb                                                                72%
                                                                                                                                                                                         11%                                             9%               7%




                                  Elektrik und Steuerung                              Rotorblätter
                                                                                                         29%                 3%                                                          48%                                            12%               8%




► Handlungsfelder und Aktionsschwerpunkte lassen sich aus den Differenzen zwischen
  Ist- und Soll-Instandhaltungsstrategien ableiten. Das Ziel ist Maintenance Excellence
 ConMoto Consulting Group GmbH                   Wir schaffen Vorsprung                             Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt                                                                                                                             4
Inhalt



                    1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie
                      „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“


                    2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung


                    3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei
                       Windkraftanlagen


                   4. ConMoto Consulting Group – Übersicht




 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   5
Windkraftanlagen Deutschland – Zahlen & Fakten



                                                                       54,0 GW
                                                                                                              Ø Onshore Volllaststunden:**
                                                                                                              1.700 - 2.100 h (≙19-24%)
                                                    40,0 GW

                                                                                                              Ø Offshore-Volllaststunden:




                                                          Estimate




                                                                            Estimate
                                      26,8 GW                                                                 3.800 h (≙ 43,5%)
           Anzahl
            WKA
                       18,3 GW
                                                                                                              Ø Einspeisevergütung*** Onshore:
                                                                                                              0,075 €/kWh (gemittelt über 20 Jahre)
       6,1 GW*                                       28.000 -           37.000 -
           9.247         17.323        21.646        33.000             40.000                                Ø Einspeisevergütung*** Offshore:
                                                                                                              0,13 – 0,15 €/kWh (für die ersten zwölf
           2000          2005          2010           2015               2020                                 Jahre)
      Anzahl Windkraftanlagen (WKA) in Deutschland
             und gesamte installierte Leistung
                                                                                            Trend zu Anlagen
                                                                                           > 1,5 MW (Offshore)




     ConMoto Consulting Group GmbH                                  Wir schaffen Vorsprung                            Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   6

Quellen:     www.windmonitor.iwes.fraunhofer.de                                        * 1 GW = 1.000 MW = 1.000.000 kW
             www.wind-energie.de/                                                      ** Volllaststunden = erzeugte Energie pro Jahr / Nennleistung
             www.de.wikipedia.org/wiki/windkraftanlagen                                *** gem. EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz)
Rotorblätter und Turm sind die Hauptkostentreiber einer WKA


                                                                                        Gesamtinvestitionskosten:
                                                                                          □ 75% Windkraftanlagenpreis
                                   Azimutsystem                                           □ 25% Investitionsnebenkosten*
       Kabel und       Hydraulik
       Sensorik                        2%
                         2%                       Montage                               Gesamtinvestitionskosten pro kW installierter
          3%
 Nabe und                                           3%
                                                            Getriebe                    Leistung
Hauptwelle                                                   18%                          □   Onshore: 1.000 bis 1.700 €/kW
   6%
                                                                                          □   Offshore: bis 4.300 €/kW
   Gondel
    8%
                                                                                        Ø jährliche Wartungs- und Instandhaltungs-
                                                                                        kosten (W+I-K) (Onshore):
                                                                Rotorblätter
                                                                   24%                  ~ 2,6% der Anlagenkosten (Turbine und
           Generator
             10%                   Turm                                                 Generator) ohne Turm und ohne Investitions-
                                   24%                                                  Nebenkosten (NK)
                                                                                        Ø jährliche Betriebskosten (Offshore):
       Typische Investitions-Kostenstruktur einer
                                                                                        0,02-0,04 €/kWh (davon 30-50% W+I-K)
               1,2 MW Windkraftanlage




     ConMoto Consulting Group GmbH                         Wir schaffen Vorsprung                    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   7

 Quelle:     www.wind-energie.de                                        * Netzanbindung, Fundament, Erschließung,
                                                                          Planung, sonstige Kosten; Wert gilt für
                                                                          Onshore Anlagen
Ca. 2/3 der Störungsauswirkungen verursachen totalen Produktions-
   ausfall oder verringerte Stromproduktion
          Generelle Anforderungen an WKA                                         Störungsursache
                                                                                                       Ursache
            Großer                                                                              Sturm unbekannt         Andere Ursachen
                                                                                       Netz      5%      8%
          Lastbereich                                                                                                        11%
                                                                             Eisansatz 6%
                                                                                3%                                                       Anlagenregelung
                                                                                                                                               23%
                                                                                 Blitz
     Schwingungen
                                                                                 4%


                                                                            Bauteillockerung
   Hohe dynamische                                                                 3%                   Bauteildefekt
     Belastungen                                                                                           37%


    Umwelteinflüsse                                                              Störungsauswirkung
    (Temperatur, Salz, Staub)                                                                                    Überdrehzahl
                                                                                                                     4%
                                                                                           Geräusch-       Vibration        Verursachung von
                                                                                          entwicklung         3%              Folgeschäden
                                                                                 Überlast     5%                                   2%
                            Kritische Systeme                                      1%
                                                                                                                                       Reduzierte
                       Steuerung und allg. Elektronik                                                                               Leistungsabgabe
                                                                                                                                           4%
                       Rotorblätter
                       Pitchsystem                                                                                             Andere
                                                                                                                            Auswirkungen
                       Generator                                                   Anlagenstillstand                            18%
                                                                                         63%

    ConMoto Consulting Group GmbH                      Wir schaffen Vorsprung                     Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   8

Quelle:      windmonitor.iwes.fraunhofer.de
Deutlicher Trend zu höheren Ausfallraten bei jüngeren / größeren WKA

                                    Anlagenzuverlässigkeit nach Alter und Nennleistung

                                                                                                          Nennleistung                             Ø Ausfallrate
                                                                                                           < 500 kW                                Großanlagen: 3,5
                                                                                                           500 - 999 kW
                                                                                                                                                   Ø Ausfallrate
   Jährliche Ausfallrate




                                                                                                           > 1.000 kW
                                                                                                                                                   Mittelanlage: 2
      [Anzahl / Jahr]




                                                                                                                                                   Ausfallraten nahezu
                                                                                                                                                   unabhängig vom Alter
                                                                                                                                                   der Anlagen
                                                                                                                                                   Trend zu höheren
                                                                                                                                                   Ausfallraten bei
                                                                                                                                                   Großanlagen
                                                                                                                                                   (höhere Komplexität)



                                                                            Betriebsjahre

                                 ► Jeder Schaden führt zu einem Ø Stillstand von 6 Tagen
        ConMoto Consulting Group GmbH                                           Wir schaffen Vorsprung                        Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   9

Quelle:                    Hahn,B.; Durstewitz M.; Rohrig K.: Reliability of Wind Turbines; Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET)
                           Verein an der Universität Kassel e.V., 34119 Kassel, Germany
Elektrik & Regelungseinheit weisen die höchsten Fehlerhäufigkeiten auf

                                                         Schadenshäufigkeit
          [Fehler pro Jahr und Anlage]   0,6                                                                100
                                         0,5




                                                                                                                    Ausfallrate [%]
                                         0,4
                   Ausfallrate




                                         0,3                                                                50
                                         0,2
                                         0,1
                                          0                                                                 0
                                                                                 t




                                                                             se
                                                                             ge
                                                                               k

                                                                             ei




                                                                            se


                                                                               r

                                                                             or
                                                                            be
                                                                              g




                                                                           be
                                                                           en




                                                                           ng
                                                                            te
                                                                           tri




                                                                          un
                                                                         nh




                                                                         äu
                                                                          la




                                                                          at
                                                                       em


                                                                         ät
                                                                        na




                                                                       ri e
                                                                        ek




                                                                        ra
                                                                        or

                                                                      an

                                                                      hr




                                                                      er
                                                                      ei




                                                                     eh
                                                                      bl
                                                                    ns




                                                                     st
                                                                    or




                                                                     et
                                                                    El




                                                                    Br
                                                                   gs




                                                                   fü




                                                                  en
                                                                   or
                                                                   ik




                                                                  eb
                                                                /G
                                                                  ot




                                                                  G
                                                               Se




                                                               gs
                                                                ul
                                                              un




                                                              he


                                                               ot

                                                               G
                                                              R




                                                             t ri
                                                            ra




                                                            R
                                                         un




                                                         i le
                                                          el




                                                         sc




                                                        An
                                                       yd
                                                      eg




                                                     Te
                                                       ht




                                                      ni
                                                     H

                                                    ic




                                                   ha
                                          R




                                                 de
                                                 dr
                                      tr.




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                                               in




                                              en
                                    ek




                                             M
                                             W




                                            ag
                                 El




                                          Tr
          ► Mechatronische Bauteile (z.B. Sensoren) sowie Hydrauliksysteme verursachen
            am zweithäufigsten Ausfälle
    ConMoto Consulting Group GmbH                       Wir schaffen Vorsprung   Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   10

Quelle:     www.windmonitor.iwes.fraunhofer.de
Über 39% der Stillstandszeiten werden durch Pitchsystem und Elektrik
   verursacht

                                                           Stillstandzeiten durch Bauteilausfälle




                                                                                                                                                  Kumulierte Stillstandszeit [%]
          Anteil Stillstandszeit




                                      25                                                                                                   100
          (Stunden / Jahr) [%]




                                      20
                                      15
                                                                                                                                           50
                                      10
                                        5
                                        0                                                                                                  0
                                                                                               t




                                                                                           ge
                                                                                           se
                                                                                             k




                                                                                           ei




                                                                                          se
                                                                                             r
                                                                                           nt




                                                                                           or




                                                                                          be
                                                m




                                                                                            g




                                                                                         be




                                                                                         en
                                                                                         ng




                                                                                          te
                                                                                         tri




                                                                                        un
                                                                                       nh
                                                                                       an




                                                                                        la
                                              te




                                                                                      äu
                                                                                        at




                                                                                     em
                                                                                       ät
                                                                                      na
                                                                                     ri e
                                                                                      ek




                                                                                      ra




                                                                                      or

                                                                                    an
                                                                                    er


                                                                                    hr
                                           ys




                                                                                    ei
                                                                                   ek




                                                                                    bl
                                                                                   eh


                                                                                  ns
                                                                                   st




                                                                                  or
                                                                                   et
                                                                                  El




                                                                                  Br
                                                                                 gs


                                                                                en


                                                                                 fü
                                        hs




                                                                                 or
                                                                                 ik
                                                                                eb
                                                                               nb




                                                                                ot
                                                                                G

                                                                             /G


                                                                             Se


                                                                              ul
                                                                             gs
                                                                            un




                                                                            he
                                                                             ot
                                      tc




                                                                             G




                                                                            R
                                                                           t ri
                                                                           U




                                                                          ra




                                                                          R
                                                                      un
                                   Pi




                                                                       i le
                                                                       el




                                                                      sc
                                                                     An




                                                                    yd
                                                                   eg




                                                                  Te
                                                                    ht




                                                                   ni
                                                                  H
                                                                 ic




                                                               ha
                                                                R




                                                             de
                                                              dr
                                                            tr.




                                                            ec
                                                           in




                                                          en
                                                         ek




                                                         M
                                                       W




                                                      ag
                                                      El




                                                    Tr




                    ► Fünf Bauteile (Pitchsystem, Elektrik, Generator, Elektr. Regelungseinheit,
                      Windrichtungsführung) verursachen 71% der jährlichen Stillstandszeiten
    ConMoto Consulting Group GmbH                                    Wir schaffen Vorsprung        Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt                             11

Quelle:             http://www.winergy-group.com
Aufwendungen zum Erhalt von Windkraftsystemen
          Erhaltungsaufwand bzw. Austauschkosten [€/KW]




                                                                                                                           Ersatzinvestitionsbedarf ca. 54% der
                                                                                                                                    WEA-Investition (20 Jahre)

                                                                                     Kritische
                                                                                   Komponenten




                                                                                                                                Unkritische
                                                                                                                               Komponenten



                                                                      Mittelkritische
                                                                      Komponenten




                                                                         Anzahl der Jahre zwischen wesentlichen Erhaltungsaufwänden bzw. Austausch

     ConMoto Consulting Group GmbH                                                               Wir schaffen Vorsprung                    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   12

Quelle:                                                   DEWI 2002
Inhalt



                    1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie
                      „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“


                    2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung


                    3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei
                       Windkraftanlagen


                   4. ConMoto Consulting Group – Übersicht




 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   13
ConMoto Methode: Risiko- und verfügbarkeitsbasierte
Instandhaltungsstrategien – Der „Kubus“ im Detail
                                                                                                                        Zustandsorientierte Strategie
                                                                                                                        (W+I-Maßnahmen gemäß
                                                                                                                        Zustandsüberwachung)
                                                                                                                  g     - Sequentielle Strategie
                                                            f                      h
                                                                                                                  h     - Zustandsorientierte Strategie
                                                       e                 g
                                     5                                                                                    (Online)
  Auswirkung eines Ereignisses - y

                                     hoch




                                                                                                                        Redundanz
                                                                                                                        (Funktionale Redundanz – Bypass)
                                                                                                                  e     - einfache Redundanz
                                                                                                                   f    - Mehrfachredundanz
                                     3
                                                                                           d                            Periodische Strategie
                                                   b
                                                                                                                        (Maßnahmen periodisch
                                     gering




                                                                                       c                                bzgl. Menge oder Zeit
                                              a                                                5                        gem. W+I-Plänen)
                                                                                           3                      c     - periodisch lang
                                                                                                                  d     - periodisch kurz
                                      1                     3                  5       1
                                                                                                                        Crashstrategie
                                              niedrig           hoch                                                    (vorsätzlicher Betrieb bis zum Ausfall)
                                                                                                                  a     - Crash
                                                  Wiederbeschaffungswert - x
                                                                                                                  b     - Eliminierungsstrategie

  ► Ermittlung der wirtschaftlich optimalen Instandhaltungsstrategie für jede Komponente
 ConMoto Consulting Group GmbH                                                        Wir schaffen Vorsprung   Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   14
Erfolge durch wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien

         Direkte
                                                                                                                         Produktions-
    Instandhaltungs-
                                                                                                                         ausfallkosten




                                    Kosten
         kosten
        Senkung der                                          Minimum                           Instand-                    Verbesserung der
        Instandhaltungs-                                                                       haltungs-                   technischen
        kosten                                                                                 kosten                      Verfügbarkeit
        Reduzierung                                                                            altes System                Verbesserung des
        ungeplanter                                                                                                        Leistungsgrades
        Instandhaltungs-                                                                       neues System
                                                                                                                           Erhöhung der
        maßnahmen                                                                              Produktions-                Prozessstabilität
        Erhöhung des                                                                           ausfallkosten               Verringerung von
        vorbeugenden                                                                           altes System                Ausschuss und
        Instandhaltungs-                                                                                                   Nacharbeit
                                                                                               neues System
        aufwandes                                                                                                          …
        Technische                                                                   Aufwand
        Optimierung
        …
                                             Risiko- und verfügbarkeitsgetriebene Budget- und Ressourcen-
                                             steuerung auf Basis eines ausgewogenen Kennzahlensystems



► Senkung der Instandhaltungskosten bei gleichzeitiger Verringerung des Produktionsausfalls
  mit optimaler Budget- und Ressourcensteuerung führen zum Gesamtkosten-Minimum
   ConMoto Consulting Group GmbH                           Wir schaffen Vorsprung              Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   15
Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die
Komponenten im Bereich „Antrieb“ (Ist-Zustand)




                                                                                                                        Periodische Strategie




                                                                                                                                                Periodische Strategie
                                                                            Redundanz Strategie




                                                                                                  Redundanz Strategie




                                                                                                                                                                                       Zustandsorientierte
                    Instandhaltungs-




                                                                                                                                                kürzere Intervalle
                                                                                                                        längere Intervalle
                           Strategie




                                       Crashstrategie



                                                        Eliminierungs-




                                                                                                                                                                        Sequentielle
                                                                                                  Mehrfache




                                                                                                                                                                        Strategie




                                                                                                                                                                                       Strategie
                                                        strategie



                                                                            Einfache
       System




                1   Pitchsystem
                                       52%                1%                   1%                                        10%                     31%                      4%              1%



                    Windrichtungs-
                2
                    führung
     Antrieb*




                                       51%                 3%                                         1%                  10%                                                              1%
                                                                                                                                                  34%




                3   Rotornabe
                                       72%
                                                                                                                          11%                                             9%               7%




                4   Rotorblätter
                                       29%                 3%                                                             48%                                            12%               8%


 ConMoto Consulting Group GmbH                                          Wir schaffen Vorsprung                                                             Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   16

          * Werte gerundet
Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter
Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Antrieb (Ist vs. Soll)

                                                                                                     Legende
                                                                                            1              Soll-Strategie
                                                                                                                                               Bei drei Systemen des
                                                              f                    h                   Ist-Strategien mit Verteilung
                                                                          g                                                                    Antriebs wird in der Praxis
                                   5                  e                                                über alle Betreiber*
                                                                                                                                               nicht die optimale IH-
                                                                                                           Signifikante Abweichung
                                                                  2                                                                            Strategie** angewandt.
Auswirkung eines Ereignisses - y




                                                                                                       %
                                                                                                           zur Soll-Strategie
                                   hoch




                                                                                                            Mittlere Abweichung                Einzig beim System
                                                                                                       %
                                                                                                            zur Soll-Strategie                 „Rotorblätter“ wenden etwa die
                                                                                                            Keine Abweichung                   Hälfte der WKA-Betreiber eine
                                                                                                       %    zur Soll-Strategie
                                   3                                                                                                           IH-Strategie mit periodisch
                                                                               1       2   d                                                   langen Intervallen an
                                                 b                            31% 34%
                                                                                                                                               (wirtschaftlich sinnvollste
                                   gering




                                                  1       2               4
                                                 52% 51%
                                                                         48%           c                                                       Strategie für dieses System).
                                            a     3       4                                     5
                                                 72% 29%          3                    4   3                                             Windkraftanlage Soll-Werte              (x/y/z)
                                                                                       1
                                    1                         3                5                                                          1 Pitchsystem                          (5/5/5)
                                            niedrig               hoch                                                                    2 Windrichtungsführung                 (3/4/3)

                                                Wiederbeschaffungswert - x
                                                                                                                                          3 Rotornabe                            (3/1/3)
                                                                                                                                          4 Rotorblätter                         (5/1/2)

      ConMoto Consulting Group GmbH                                                       Wir schaffen Vorsprung                       Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   17

                                     * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien         ** IH-Strategie = Instandhaltungsstrategie
                                       dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die
Komponenten im Bereich „Abtrieb“ (Ist-Zustand)




                                                                                                                        Periodische Strategie




                                                                                                                                                Periodische Strategie
                                                                            Redundanz Strategie




                                                                                                  Redundanz Strategie




                                                                                                                                                                                       Zustandsorientierte
                    Instandhaltungs-




                                                                                                                                                kürzere Intervalle
                                                                                                                        längere Intervalle
                           Strategie




                                       Crashstrategie



                                                        Eliminierungs-




                                                                                                                                                                        Sequentielle
                                                                                                  Mehrfache




                                                                                                                                                                        Strategie




                                                                                                                                                                                       Strategie
                                                        strategie



                                                                            Einfache
       System




                5   Antriebsstrang
                                       30%                3%                   1%                                          9%                      5%                                   31%
                                                                                                                                                                         22%



                6   Getriebe
     Abtrieb*




                                       28%                 3%                   1%                                        13%                                                            33%
                                                                                                                                                                         22%



                    Mechanische
                7                                                                                                                                 36%
                    Bremse
                                       51%                                      1%                                        11%                                             1%               1%




                8   Hydraulikanlage
                                       76%
                                                                                3%                                        12%                        7%                                    1%


 ConMoto Consulting Group GmbH                                          Wir schaffen Vorsprung                                                              Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   18

          * Werte gerundet
Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter
Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Abtrieb (Ist vs. Soll)

                                                                                                            Legende

                                                                                                                  Soll-Strategie
                                                                                                                                                     Weite Streuung an IH-
                                                              f                       h                       Ist-Strategien mit Verteilung
                                                                          g                                                                          Strategien bei den Systemen
                                   5                e                                                         über alle Betreiber*
                                                                                                                                                     „Antriebsstrang“ und „Getriebe“.
                                                                              5           6                       Signifikante Abweichung
                                                                             31% 33%
Auswirkung eines Ereignisses - y




                                                                                                              %
                                                                                                                  zur Soll-Strategie                 Stärkste Abweichung von der
                                   hoch




                                                                                                                   Mittlere Abweichung               Soll-Strategie beim System
                                                                                                              %
                                                                                                                   zur Soll-Strategie                „Getriebe“.
                                                                                                                   Keine Abweichung
                                                                                                              %    zur Soll-Strategie                Ca. die Hälfte aller Betreiber
                                   3                                              7                                                                  verwenden die optimale
                                                 5        6                    36%                d
                                              b 30%     28%              6                                                                           Strategie für das System
                                   gering




                                                          7                                                                                          „Mechanische Bremse“.
                                               5                                              c
                                            a 7 8 51%                                                 5
                                                    76%           8                               3                                            Windkraftanlage Soll-Werte              (x/y/z)

                                    1                     3                       5       1
                                                                                                                                               5 Antriebstrang                         (2/2/1)
                                            niedrig               hoch                                                                         6 Getriebe                              (4/2/2)
                                                                                                                                               7    Mechanische Bremse                 (1/1/4)
                                             Wiederbeschaffungswert - x
                                                                                                                                               8    Hydraulikanlage                    (3/1/2)
       ConMoto Consulting Group GmbH                                                             Wir schaffen Vorsprung                      Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   19

                                     * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien
                                       dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die
Komponenten im Bereich „Elektrik und Steuerung“ (Ist-Zustand)




                                                                                                                                       Periodische Strategie




                                                                                                                                                               Periodische Strategie
                                                                                           Redundanz Strategie




                                                                                                                 Redundanz Strategie




                                                                                                                                                                                                      Zustandsorientierte
                                    Instandhaltungs-




                                                                                                                                                               kürzere Intervalle
                                                                                                                                       längere Intervalle
                                           Strategie




                                                       Crashstrategie



                                                                        Eliminierungs-




                                                                                                                                                                                       Sequentielle
                                                                                                                 Mehrfache




                                                                                                                                                                                       Strategie




                                                                                                                                                                                                      Strategie
                                                                        strategie



                                                                                           Einfache
          System




                                9 Elektrik             83%
                                                                          1%                  6%                                          8%                                                             1%
    Elektrik und Steuerung*




                                    Elektrische
                               10
                                    Regelungseinheit
                                                       53%                 1%               31%                                            8%                      6%                                     1%




                               11 Generator            28%                                                                                                                              22%
                                                                                                                                         13%
                                                                           3%                  1%                                                                                                      33%




                               12 Sensoren             82%
                                                                           1%                  5%                    2%                     8%                                                            1%


 ConMoto Consulting Group GmbH                                                          Wir schaffen Vorsprung                                                               Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   20

                              * Werte gerundet
Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter
Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Elektrik und Steuerung
(Ist vs. Soll)
                                                                                                     Legende
                                                                               9                           Soll-Strategie
                                                                                   h                                                          Es werden durchwegs nicht
                                                           f                                           Ist-Strategien mit Verteilung
                                                                           11 11                                                              optimale IH-Strategien für die
                                   5                e                  g                               über alle Betreiber*
                                                                              33%                                                             Elektrik und Steuerungs-
                                                                                                           Signifikante Abweichung
                                                                                                                                              Systeme von WKA angewandt.
Auswirkung eines Ereignisses - y




                                                                              10                       %
                                                                                                           zur Soll-Strategie
                                   hoch




                                                    10                                                      Mittlere Abweichung               Größte Abweichungen von den
                                                    31%                                                %
                                                                                                            zur Soll-Strategie                wirtschaftlich sinnvollsten IH-
                                                                                                            Keine Abweichung                  Strategien bei den Systemen
                                                                                                       %    zur Soll-Strategie
                                   3                                                                                                          „Elektrik“ und „Elektrische
                                               b                                           d                                                  Regelungseinheit“.
                                                9     10
                                   gering




                                               83% 53%
                                                                                       c
                                            a 11      12                     12                5
                                               28% 82%
                                                                                           3                                            Windkraftanlage Soll-Werte              (x/y/z)

                                    1                      3                   5       1
                                                                                                                                        9    Elektrik                           (4/5/5)
                                            niedrig             hoch                                                                   10 Elektr. Regelungseinheit              (4/4/5)

                                             Wiederbeschaffungswert - x
                                                                                                                                       11 Generator                             (4/5/2)
                                                                                                                                       12 Sensoren                              (4/1/4)
      ConMoto Consulting Group GmbH                                                       Wir schaffen Vorsprung                      Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   21

                                     * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien
                                       dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
Schlüsselerkenntnisse der ConMoto-Kurzstudie
„Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanalgen“
                                                                        Pitchsystem
     Über 75% der Betreiber wenden bei der Hälfte der                   Windrichtungssystem
     untersuchten Systeme eine Instandhaltungsstrategie                 Antriebsstrang
     an, welche fast vollständig von der optimalen                      Elektrik
                                                                        Elektrische Regelungseinheit
     Instandhaltungsstrategie abweicht
                                                                        Sensoren

     Mehr als 30% der Betreiber wenden nur zum Teil                     Rotornabe
     optimale Instandhaltungsstrategien bei einem Viertel               Getriebe
                                                                        Hydraulikanlage
     der untersuchten System an

     Nahezu die Hälfte der Betreiber setzen bei einem                   Rotorblätter
     Viertel der untersuchten System eine fast optimale                 Mechanische Bremse
                                                                        Generator
     bzw. die jeweils optimale Instandhaltungsstrategie ein


           ► Durch eine systematische Umsetzung der wirtschaftlich optimalen
             Instandhaltungsstrategien können die Ausfallraten signifikant reduziert
             und die Instandhaltungskosten nachhaltig gesenkt werden
 ConMoto Consulting Group GmbH         Wir schaffen Vorsprung   Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   22
Was bedeutet dies für Onshore-Windkraftanlagen?

Beispiel 1: Onshore-Windpark mit 35 Anlagen

    35 x WKA Gesamtleistung: 52,5 MW
    Kosten pro installiertem Kilowatt: € 1.100
                                                                        Reduzierung der direkten
    Gesamtanlagenpreis: ~ 58 Mio.€                                      Instandhaltungskosten um 15%
    Jährliche Wartungs- und Instandhaltungskosten:                         Kosteneinsparung: 127 T€/a
    848 T€ (2,6% der Anlagenkosten, ohne Invest-NK,
    ohne Turm)


    Annahme Volllaststunden: 1.900 h
    Erzeugte Energie / Jahr (theoretisch): 99.750 MWh
    Erzeugte Energie / Tag (theoretisch): 274 MWh
    Ø Einspeisevergütung nach EEG: 75 €/MWh                           Reduzierung Ausfallrate auf 2/Jahr
    Ø Ausfallrate Großanlagen: 3,5 pro Jahr                             Kosteneinsparung: 185 T€/a
    Ø Stillstandzeit pro Schaden: 6 Tage
    Jährlicher Verlust von Einspeisevergütung durch
    Anlagenstillstände: 432 T€

 ConMoto Consulting Group GmbH              Wir schaffen Vorsprung           Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   23
Was bedeutet dies für Offshore-Windkraftanlagen?

Beispiel 2: Offshore-Windpark mit 12 Anlagen

    12 × 5 MW WKA Gesamtleistung: 60 MW
    Gesamtinvestitionssumme: 250 Mio.€
    Spezifische Investitionskosten: 4.100 €/kW
                                                                      Reduzierung der direkten
    Annahme Volllaststunden: 3.800 h
                                                                      Instandhaltungskosten um 15%
    Erzeugte Energie / Jahr (theoretisch): 228.000 MWh
    Jährliche Betriebskosten (Offshore): 0,03 €/kWh                      Kosteneinsparung: 405 T€/a
    Geschätzte jährliche Wartungs- und
    Instandhaltungskosten: 2,7 Mio.€ (40% der
    Betriebskosten)

    Erzeugte Energie / Tag (theoretisch): 626 MWh
    Ø Einspeisevergütung nach EEG : 140 €/MWh
                                                                    Reduzierung Ausfallrate auf 2/Jahr
    Ø Ausfallrate Großanlagen: 3,5 pro Jahr
    Ø Stillstandzeit pro Schaden: 6 Tage                              Kosteneinsparung: 700 T€/a
    Jährlicher Verlust von Einspeisevergütung durch
    Anlagenstillstände: 1,8 Mio.€

 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung           Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   24
Hochrechnung des Einsparpotentials bei Windkraftanlagen in Deutschland
   pro Jahr
                                            Windkraftanlangen Deutschland gesamt
                                                                                              Einsparpotential***
                                     Leistung1     Total Invest* IH-Kosten**
        Jahr1   Anzahl WKA1                                                             IH-Kosten           Produktionausfall
                                      [MW]           [Mio. €]     [Mio. € / a]
                                                                                       [Mio. € / a]            [Mio. € / a]

     2011            22.000          28.000            30.800                    462     46 - 69                    73 - 109

     2015 28.000 - 33.000            40.000            44.000                    660     66 - 99                   104 - 156

     2020 37.000 - 40.000            54.000            59.400                    891    89 - 134                   141 - 211

    *    Annahme: 1.100 € / kW installierte Leistung
    ** Annahme: 1,5% des Total Invest (jährlich)
    ***Realisierbar durch Umsetzung von Maintenance Excellence Erkenntnissen



   ► Durch konsequente Nutzung von wirtschaftlich optimalen Instandhaltungsstrategien
     könnten in den nächsten Jahren bis zu 100 Mio.€ Instandhaltungskosten und bis zu
     200 Mio.€ Produktionsausfallkosten pro Jahr eingespart werden
    ConMoto Consulting Group GmbH                      Wir schaffen Vorsprung             Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   25


1) Quelle: www.wind-energie.de/
Inhalt



                    1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie
                      „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“


                    2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung


                    3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei
                       Windkraftanlagen


                   4. ConMoto Consulting Group – Übersicht




 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung    Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   26
ConMoto Basisinformationen
  20 Jahre Erfahrung
  Die ConMoto Consulting Group GmbH unterstützt seit über 20 Jahren Unternehmen bei der Sicherung und
  Weiterentwicklung ihrer Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit.
  Internationale Expertise
  Rund 80 Berater, verteilt auf die Standorte München, Stuttgart, Wien, St. Gallen, Bratislava, Abu Dhabi und
  Shanghai, arbeiten mit Kompetenz und Engagement daran, den bestmöglichen Nutzen für unsere Kunden zu
  verwirklichen.
  Umsetzungsstärke
  Die hohe Qualifikation unserer Berater, ergänzt durch intensive berufliche Erfahrung, gewährleistet die
  ausgeprägte Umsetzungskraft, die für die Realisierung der gemeinsam mit unseren Kunden entwickelten
  Lösungskonzepte erforderlich ist.
  Nachhaltigkeit
  Effiziente Strukturen und Prozesse, Innovationsstärke, effektive Führungssysteme und eine nachhaltige
  Mobilisierung der Mitarbeiter sind die im Kontext einer wegweisenden Strategie verfolgten Projektziele.
  Praxisorientierung
  Auf Basis der langjährigen Erfahrung setzen wir innovative Konzepte mit Blick auf das Machbare gemeinsam mit
  unseren Kunden um.
  Wir rechtfertigen Ihr Vertrauen
  Wir schaffen Vorsprung ist das Leitmotiv unserer erfolgreichen, umsetzungsorientierten Vorgehensweise.
 ConMoto Consulting Group GmbH            Wir schaffen Vorsprung          Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   27
Die ConMoto Unternehmensgruppe




                                                Wertorientierte Unternehmensentwicklung
  Lean Excellence                          Wertorientierte                            Wertorientierter                          Innovation
                                        Instandhaltung und                               Einkauf                                Excellence
Lean Production
                                          Asset Innovation                          Schlanke Strukturen                 Produktklinik
Lean Value Chain
Lean Development                        Risiko- und verfügbarkeits-                 und Prozesse                        Zielgerichtetes Methoden-
                                        orientierte Instandhaltungs-                Signifikante Senkung der            wissen (QFD, FMEA, TRIZ)
Lean Services
                                        strategie                                   Preise für zu beschaffende          Technologiebewertung
Lean Administration                                                                                                     Geschäftsfeld- und
                                        Zeitwirtschaft/Kapazitäts-                  Güter und Dienstleistungen
Change Management                       und Terminplanung                                                               Markteintrittsstrategien
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                                                                                    „QAMPUS“                            Umsetzung von Produkt-
                                        Kennzahlen & Visualisierung
                                                                                                                        und Prozessinnovationen
                         (*)            Fremdleistungsmanagement
                                        Value Engineering


                  Unsere Kernkompetenzen decken die gesamte
                  Wertschöpfungskette ab

 ConMoto Consulting Group GmbH                            Wir schaffen Vorsprung                     Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt   28



                                  (*) Seit Anfang 2011 ist die Agamus Consult eine 100 %-Tochter der ConMoto Consulting Group
Ihr Ansprechpartner




                                                      Dipl.-Ing., MBA Nils Blechschmidt
                                                      Senior Partner & Verantwortlicher für das Themen-
                                                      feld Maintenance Excellence und Asset Innovation
                                                      Tel.: (089) 780 66 - 114
                                                      Fax: (089) 780 66 - 100
                                                      E-Mail: Blechschmidt@conmoto.de
                                                      ConMoto Consulting Group GmbH
                                                      Boschetsrieder Str. 69
 ConMoto Consulting Group GmbH                       81379 MünchenMaintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 29
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Studienergebnisse Maintenance Excellence bei Windkraftanlagen

  • 1. ConMoto Consulting Group GmbH ConMoto-Kurzstudie: Effektiver Betrieb von Windkraftanlagen – Realisierung von Maintenance Excellence Erkenntnissen München, im September 2011 Wir schaffen Vorsprung
  • 2. Inhalt 1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“ 2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung 3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei Windkraftanlagen 4. ConMoto Consulting Group – Übersicht  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 2
  • 3. ConMoto-Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanalgen“ (2011) – Untersuchungsumfang und Basisdaten Auswertung Basisdaten Repräsentative Untersuchung bei Betreibern von Windparks Ø Volllaststunden pro Jahr: 2.141 h (Onshore) Ø Volllaststunden pro Jahr: 3.695 h (Offshore) Untersuchte Hersteller: □ Enercon □ Nordex □ Vestas □ NEG Micon □ GE □ RE Power □ Windworld □ HSW / BWU □ Siemens □ Fuhrländer  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 3
  • 4. Methodische Vorgehensweise – Ermittlung der Sollwerte und Analyse angewandter Instandhaltungsstrategien Stördatenanalyse und ConMoto Best-Practice- Soll-IH-Strategien ConMoto Erkenntnisse „Risiko- und verfügbarkeits- basierte Instandhaltungs- strategien“ Auswertung der Befragung bei WKA-Betreibern Ist-IH-Strategien Periodische Strategie Periodische Strategie Redundanz Strategie Redundanz Strategie Zustandsorientierte Instandhaltungs- kürzere Intervalle längere Intervalle Strategie Abfrage von Instandhaltungs- Crashstrategie Eliminierungs- Sequentielle Mehrfache Strategie Strategie strategie Einfache System strategien (IH-Strategien) für die Hauptsysteme von WKA: Pitchsystem 52% 1% 1% 10% 31% 4% 1% Windrichtungs- führung Antrieb Antrieb* 51% 3% 1% 10% 1% 34% Rotornabe Abtrieb 72% 11% 9% 7% Elektrik und Steuerung Rotorblätter 29% 3% 48% 12% 8% ► Handlungsfelder und Aktionsschwerpunkte lassen sich aus den Differenzen zwischen Ist- und Soll-Instandhaltungsstrategien ableiten. Das Ziel ist Maintenance Excellence  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 4
  • 5. Inhalt 1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“ 2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung 3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei Windkraftanlagen 4. ConMoto Consulting Group – Übersicht  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 5
  • 6. Windkraftanlagen Deutschland – Zahlen & Fakten 54,0 GW Ø Onshore Volllaststunden:** 1.700 - 2.100 h (≙19-24%) 40,0 GW Ø Offshore-Volllaststunden: Estimate Estimate 26,8 GW 3.800 h (≙ 43,5%) Anzahl WKA 18,3 GW Ø Einspeisevergütung*** Onshore: 0,075 €/kWh (gemittelt über 20 Jahre) 6,1 GW* 28.000 - 37.000 - 9.247 17.323 21.646 33.000 40.000 Ø Einspeisevergütung*** Offshore: 0,13 – 0,15 €/kWh (für die ersten zwölf 2000 2005 2010 2015 2020 Jahre) Anzahl Windkraftanlagen (WKA) in Deutschland und gesamte installierte Leistung Trend zu Anlagen > 1,5 MW (Offshore)  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 6 Quellen: www.windmonitor.iwes.fraunhofer.de * 1 GW = 1.000 MW = 1.000.000 kW www.wind-energie.de/ ** Volllaststunden = erzeugte Energie pro Jahr / Nennleistung www.de.wikipedia.org/wiki/windkraftanlagen *** gem. EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz)
  • 7. Rotorblätter und Turm sind die Hauptkostentreiber einer WKA Gesamtinvestitionskosten: □ 75% Windkraftanlagenpreis Azimutsystem □ 25% Investitionsnebenkosten* Kabel und Hydraulik Sensorik 2% 2% Montage Gesamtinvestitionskosten pro kW installierter 3% Nabe und 3% Getriebe Leistung Hauptwelle 18% □ Onshore: 1.000 bis 1.700 €/kW 6% □ Offshore: bis 4.300 €/kW Gondel 8% Ø jährliche Wartungs- und Instandhaltungs- kosten (W+I-K) (Onshore): Rotorblätter 24% ~ 2,6% der Anlagenkosten (Turbine und Generator 10% Turm Generator) ohne Turm und ohne Investitions- 24% Nebenkosten (NK) Ø jährliche Betriebskosten (Offshore): Typische Investitions-Kostenstruktur einer 0,02-0,04 €/kWh (davon 30-50% W+I-K) 1,2 MW Windkraftanlage  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 7 Quelle: www.wind-energie.de * Netzanbindung, Fundament, Erschließung, Planung, sonstige Kosten; Wert gilt für Onshore Anlagen
  • 8. Ca. 2/3 der Störungsauswirkungen verursachen totalen Produktions- ausfall oder verringerte Stromproduktion Generelle Anforderungen an WKA Störungsursache Ursache Großer Sturm unbekannt Andere Ursachen Netz 5% 8% Lastbereich 11% Eisansatz 6% 3% Anlagenregelung 23% Blitz Schwingungen 4% Bauteillockerung Hohe dynamische 3% Bauteildefekt Belastungen 37% Umwelteinflüsse Störungsauswirkung (Temperatur, Salz, Staub) Überdrehzahl 4% Geräusch- Vibration Verursachung von entwicklung 3% Folgeschäden Überlast 5% 2% Kritische Systeme 1% Reduzierte Steuerung und allg. Elektronik Leistungsabgabe 4% Rotorblätter Pitchsystem Andere Auswirkungen Generator Anlagenstillstand 18% 63%  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 8 Quelle: windmonitor.iwes.fraunhofer.de
  • 9. Deutlicher Trend zu höheren Ausfallraten bei jüngeren / größeren WKA Anlagenzuverlässigkeit nach Alter und Nennleistung Nennleistung Ø Ausfallrate < 500 kW Großanlagen: 3,5 500 - 999 kW Ø Ausfallrate Jährliche Ausfallrate > 1.000 kW Mittelanlage: 2 [Anzahl / Jahr] Ausfallraten nahezu unabhängig vom Alter der Anlagen Trend zu höheren Ausfallraten bei Großanlagen (höhere Komplexität) Betriebsjahre ► Jeder Schaden führt zu einem Ø Stillstand von 6 Tagen  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 9 Quelle: Hahn,B.; Durstewitz M.; Rohrig K.: Reliability of Wind Turbines; Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) Verein an der Universität Kassel e.V., 34119 Kassel, Germany
  • 10. Elektrik & Regelungseinheit weisen die höchsten Fehlerhäufigkeiten auf Schadenshäufigkeit [Fehler pro Jahr und Anlage] 0,6 100 0,5 Ausfallrate [%] 0,4 Ausfallrate 0,3 50 0,2 0,1 0 0 t se ge k ei se r or be g be en ng te tri un nh äu la at em ät na ri e ek ra or an hr er ei eh bl ns st or et El Br gs fü en or ik eb /G ot G Se gs ul un he ot G R t ri ra R un i le el sc An yd eg Te ht ni H ic ha R de dr tr. ec in en ek M W ag El Tr ► Mechatronische Bauteile (z.B. Sensoren) sowie Hydrauliksysteme verursachen am zweithäufigsten Ausfälle  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 10 Quelle: www.windmonitor.iwes.fraunhofer.de
  • 11. Über 39% der Stillstandszeiten werden durch Pitchsystem und Elektrik verursacht Stillstandzeiten durch Bauteilausfälle Kumulierte Stillstandszeit [%] Anteil Stillstandszeit 25 100 (Stunden / Jahr) [%] 20 15 50 10 5 0 0 t ge se k ei se r nt or be m g be en ng te tri un nh an la te äu at em ät na ri e ek ra or an er hr ys ei ek bl eh ns st or et El Br gs en fü hs or ik eb nb ot G /G Se ul gs un he ot tc G R t ri U ra R un Pi i le el sc An yd eg Te ht ni H ic ha R de dr tr. ec in en ek M W ag El Tr ► Fünf Bauteile (Pitchsystem, Elektrik, Generator, Elektr. Regelungseinheit, Windrichtungsführung) verursachen 71% der jährlichen Stillstandszeiten  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 11 Quelle: http://www.winergy-group.com
  • 12. Aufwendungen zum Erhalt von Windkraftsystemen Erhaltungsaufwand bzw. Austauschkosten [€/KW] Ersatzinvestitionsbedarf ca. 54% der WEA-Investition (20 Jahre) Kritische Komponenten Unkritische Komponenten Mittelkritische Komponenten Anzahl der Jahre zwischen wesentlichen Erhaltungsaufwänden bzw. Austausch  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 12 Quelle: DEWI 2002
  • 13. Inhalt 1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“ 2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung 3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei Windkraftanlagen 4. ConMoto Consulting Group – Übersicht  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 13
  • 14. ConMoto Methode: Risiko- und verfügbarkeitsbasierte Instandhaltungsstrategien – Der „Kubus“ im Detail Zustandsorientierte Strategie (W+I-Maßnahmen gemäß Zustandsüberwachung) g - Sequentielle Strategie f h h - Zustandsorientierte Strategie e g 5 (Online) Auswirkung eines Ereignisses - y hoch Redundanz (Funktionale Redundanz – Bypass) e - einfache Redundanz f - Mehrfachredundanz 3 d Periodische Strategie b (Maßnahmen periodisch gering c bzgl. Menge oder Zeit a 5 gem. W+I-Plänen) 3 c - periodisch lang d - periodisch kurz 1 3 5 1 Crashstrategie niedrig hoch (vorsätzlicher Betrieb bis zum Ausfall) a - Crash Wiederbeschaffungswert - x b - Eliminierungsstrategie ► Ermittlung der wirtschaftlich optimalen Instandhaltungsstrategie für jede Komponente  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 14
  • 15. Erfolge durch wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien Direkte Produktions- Instandhaltungs- ausfallkosten Kosten kosten Senkung der Minimum Instand- Verbesserung der Instandhaltungs- haltungs- technischen kosten kosten Verfügbarkeit Reduzierung altes System Verbesserung des ungeplanter Leistungsgrades Instandhaltungs- neues System Erhöhung der maßnahmen Produktions- Prozessstabilität Erhöhung des ausfallkosten Verringerung von vorbeugenden altes System Ausschuss und Instandhaltungs- Nacharbeit neues System aufwandes … Technische Aufwand Optimierung … Risiko- und verfügbarkeitsgetriebene Budget- und Ressourcen- steuerung auf Basis eines ausgewogenen Kennzahlensystems ► Senkung der Instandhaltungskosten bei gleichzeitiger Verringerung des Produktionsausfalls mit optimaler Budget- und Ressourcensteuerung führen zum Gesamtkosten-Minimum  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 15
  • 16. Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die Komponenten im Bereich „Antrieb“ (Ist-Zustand) Periodische Strategie Periodische Strategie Redundanz Strategie Redundanz Strategie Zustandsorientierte Instandhaltungs- kürzere Intervalle längere Intervalle Strategie Crashstrategie Eliminierungs- Sequentielle Mehrfache Strategie Strategie strategie Einfache System 1 Pitchsystem 52% 1% 1% 10% 31% 4% 1% Windrichtungs- 2 führung Antrieb* 51% 3% 1% 10% 1% 34% 3 Rotornabe 72% 11% 9% 7% 4 Rotorblätter 29% 3% 48% 12% 8%  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 16 * Werte gerundet
  • 17. Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Antrieb (Ist vs. Soll) Legende 1 Soll-Strategie Bei drei Systemen des f h Ist-Strategien mit Verteilung g Antriebs wird in der Praxis 5 e über alle Betreiber* nicht die optimale IH- Signifikante Abweichung 2 Strategie** angewandt. Auswirkung eines Ereignisses - y % zur Soll-Strategie hoch Mittlere Abweichung Einzig beim System % zur Soll-Strategie „Rotorblätter“ wenden etwa die Keine Abweichung Hälfte der WKA-Betreiber eine % zur Soll-Strategie 3 IH-Strategie mit periodisch 1 2 d langen Intervallen an b 31% 34% (wirtschaftlich sinnvollste gering 1 2 4 52% 51% 48% c Strategie für dieses System). a 3 4 5 72% 29% 3 4 3 Windkraftanlage Soll-Werte (x/y/z) 1 1 3 5 1 Pitchsystem (5/5/5) niedrig hoch 2 Windrichtungsführung (3/4/3) Wiederbeschaffungswert - x 3 Rotornabe (3/1/3) 4 Rotorblätter (5/1/2)  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 17 * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien ** IH-Strategie = Instandhaltungsstrategie dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
  • 18. Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die Komponenten im Bereich „Abtrieb“ (Ist-Zustand) Periodische Strategie Periodische Strategie Redundanz Strategie Redundanz Strategie Zustandsorientierte Instandhaltungs- kürzere Intervalle längere Intervalle Strategie Crashstrategie Eliminierungs- Sequentielle Mehrfache Strategie Strategie strategie Einfache System 5 Antriebsstrang 30% 3% 1% 9% 5% 31% 22% 6 Getriebe Abtrieb* 28% 3% 1% 13% 33% 22% Mechanische 7 36% Bremse 51% 1% 11% 1% 1% 8 Hydraulikanlage 76% 3% 12% 7% 1%  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 18 * Werte gerundet
  • 19. Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Abtrieb (Ist vs. Soll) Legende Soll-Strategie Weite Streuung an IH- f h Ist-Strategien mit Verteilung g Strategien bei den Systemen 5 e über alle Betreiber* „Antriebsstrang“ und „Getriebe“. 5 6 Signifikante Abweichung 31% 33% Auswirkung eines Ereignisses - y % zur Soll-Strategie Stärkste Abweichung von der hoch Mittlere Abweichung Soll-Strategie beim System % zur Soll-Strategie „Getriebe“. Keine Abweichung % zur Soll-Strategie Ca. die Hälfte aller Betreiber 3 7 verwenden die optimale 5 6 36% d b 30% 28% 6 Strategie für das System gering 7 „Mechanische Bremse“. 5 c a 7 8 51% 5 76% 8 3 Windkraftanlage Soll-Werte (x/y/z) 1 3 5 1 5 Antriebstrang (2/2/1) niedrig hoch 6 Getriebe (4/2/2) 7 Mechanische Bremse (1/1/4) Wiederbeschaffungswert - x 8 Hydraulikanlage (3/1/2)  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 19 * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
  • 20. Ergebnisse der Kurzstudie – Instandhaltungstrategien für die Komponenten im Bereich „Elektrik und Steuerung“ (Ist-Zustand) Periodische Strategie Periodische Strategie Redundanz Strategie Redundanz Strategie Zustandsorientierte Instandhaltungs- kürzere Intervalle längere Intervalle Strategie Crashstrategie Eliminierungs- Sequentielle Mehrfache Strategie Strategie strategie Einfache System 9 Elektrik 83% 1% 6% 8% 1% Elektrik und Steuerung* Elektrische 10 Regelungseinheit 53% 1% 31% 8% 6% 1% 11 Generator 28% 22% 13% 3% 1% 33% 12 Sensoren 82% 1% 5% 2% 8% 1%  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 20 * Werte gerundet
  • 21. Maintenance Excellence am Beispiel risiko- und verfügbarkeitsbasierter Instandhaltungsstrategien einer Windkraftanlage – Elektrik und Steuerung (Ist vs. Soll) Legende 9 Soll-Strategie h Es werden durchwegs nicht f Ist-Strategien mit Verteilung 11 11 optimale IH-Strategien für die 5 e g über alle Betreiber* 33% Elektrik und Steuerungs- Signifikante Abweichung Systeme von WKA angewandt. Auswirkung eines Ereignisses - y 10 % zur Soll-Strategie hoch 10 Mittlere Abweichung Größte Abweichungen von den 31% % zur Soll-Strategie wirtschaftlich sinnvollsten IH- Keine Abweichung Strategien bei den Systemen % zur Soll-Strategie 3 „Elektrik“ und „Elektrische b d Regelungseinheit“. 9 10 gering 83% 53% c a 11 12 12 5 28% 82% 3 Windkraftanlage Soll-Werte (x/y/z) 1 3 5 1 9 Elektrik (4/5/5) niedrig hoch 10 Elektr. Regelungseinheit (4/4/5) Wiederbeschaffungswert - x 11 Generator (4/5/2) 12 Sensoren (4/1/4)  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 21 * Es sind jeweils die zwei am häufigsten verwendeten IH-Strategien dargestellt; bei >70% ist nur eine IH-Strategie angeführt
  • 22. Schlüsselerkenntnisse der ConMoto-Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanalgen“ Pitchsystem Über 75% der Betreiber wenden bei der Hälfte der Windrichtungssystem untersuchten Systeme eine Instandhaltungsstrategie Antriebsstrang an, welche fast vollständig von der optimalen Elektrik Elektrische Regelungseinheit Instandhaltungsstrategie abweicht Sensoren Mehr als 30% der Betreiber wenden nur zum Teil Rotornabe optimale Instandhaltungsstrategien bei einem Viertel Getriebe Hydraulikanlage der untersuchten System an Nahezu die Hälfte der Betreiber setzen bei einem Rotorblätter Viertel der untersuchten System eine fast optimale Mechanische Bremse Generator bzw. die jeweils optimale Instandhaltungsstrategie ein ► Durch eine systematische Umsetzung der wirtschaftlich optimalen Instandhaltungsstrategien können die Ausfallraten signifikant reduziert und die Instandhaltungskosten nachhaltig gesenkt werden  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 22
  • 23. Was bedeutet dies für Onshore-Windkraftanlagen? Beispiel 1: Onshore-Windpark mit 35 Anlagen 35 x WKA Gesamtleistung: 52,5 MW Kosten pro installiertem Kilowatt: € 1.100 Reduzierung der direkten Gesamtanlagenpreis: ~ 58 Mio.€ Instandhaltungskosten um 15% Jährliche Wartungs- und Instandhaltungskosten: Kosteneinsparung: 127 T€/a 848 T€ (2,6% der Anlagenkosten, ohne Invest-NK, ohne Turm) Annahme Volllaststunden: 1.900 h Erzeugte Energie / Jahr (theoretisch): 99.750 MWh Erzeugte Energie / Tag (theoretisch): 274 MWh Ø Einspeisevergütung nach EEG: 75 €/MWh Reduzierung Ausfallrate auf 2/Jahr Ø Ausfallrate Großanlagen: 3,5 pro Jahr Kosteneinsparung: 185 T€/a Ø Stillstandzeit pro Schaden: 6 Tage Jährlicher Verlust von Einspeisevergütung durch Anlagenstillstände: 432 T€  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 23
  • 24. Was bedeutet dies für Offshore-Windkraftanlagen? Beispiel 2: Offshore-Windpark mit 12 Anlagen 12 × 5 MW WKA Gesamtleistung: 60 MW Gesamtinvestitionssumme: 250 Mio.€ Spezifische Investitionskosten: 4.100 €/kW Reduzierung der direkten Annahme Volllaststunden: 3.800 h Instandhaltungskosten um 15% Erzeugte Energie / Jahr (theoretisch): 228.000 MWh Jährliche Betriebskosten (Offshore): 0,03 €/kWh Kosteneinsparung: 405 T€/a Geschätzte jährliche Wartungs- und Instandhaltungskosten: 2,7 Mio.€ (40% der Betriebskosten) Erzeugte Energie / Tag (theoretisch): 626 MWh Ø Einspeisevergütung nach EEG : 140 €/MWh Reduzierung Ausfallrate auf 2/Jahr Ø Ausfallrate Großanlagen: 3,5 pro Jahr Ø Stillstandzeit pro Schaden: 6 Tage Kosteneinsparung: 700 T€/a Jährlicher Verlust von Einspeisevergütung durch Anlagenstillstände: 1,8 Mio.€  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 24
  • 25. Hochrechnung des Einsparpotentials bei Windkraftanlagen in Deutschland pro Jahr Windkraftanlangen Deutschland gesamt Einsparpotential*** Leistung1 Total Invest* IH-Kosten** Jahr1 Anzahl WKA1 IH-Kosten Produktionausfall [MW] [Mio. €] [Mio. € / a] [Mio. € / a] [Mio. € / a] 2011 22.000 28.000 30.800 462 46 - 69 73 - 109 2015 28.000 - 33.000 40.000 44.000 660 66 - 99 104 - 156 2020 37.000 - 40.000 54.000 59.400 891 89 - 134 141 - 211 * Annahme: 1.100 € / kW installierte Leistung ** Annahme: 1,5% des Total Invest (jährlich) ***Realisierbar durch Umsetzung von Maintenance Excellence Erkenntnissen ► Durch konsequente Nutzung von wirtschaftlich optimalen Instandhaltungsstrategien könnten in den nächsten Jahren bis zu 100 Mio.€ Instandhaltungskosten und bis zu 200 Mio.€ Produktionsausfallkosten pro Jahr eingespart werden  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 25 1) Quelle: www.wind-energie.de/
  • 26. Inhalt 1. Grundlagen und Zielsetzung der Kurzstudie „Instandhaltungsstrategien für Systeme von Windkraftanlagen“ 2. Windkraftanlagen – Basisdaten und Stördatenauswertung 3. Wirtschaftlich optimale Instandhaltungsstrategien bei Windkraftanlagen 4. ConMoto Consulting Group – Übersicht  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 26
  • 27. ConMoto Basisinformationen 20 Jahre Erfahrung Die ConMoto Consulting Group GmbH unterstützt seit über 20 Jahren Unternehmen bei der Sicherung und Weiterentwicklung ihrer Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit. Internationale Expertise Rund 80 Berater, verteilt auf die Standorte München, Stuttgart, Wien, St. Gallen, Bratislava, Abu Dhabi und Shanghai, arbeiten mit Kompetenz und Engagement daran, den bestmöglichen Nutzen für unsere Kunden zu verwirklichen. Umsetzungsstärke Die hohe Qualifikation unserer Berater, ergänzt durch intensive berufliche Erfahrung, gewährleistet die ausgeprägte Umsetzungskraft, die für die Realisierung der gemeinsam mit unseren Kunden entwickelten Lösungskonzepte erforderlich ist. Nachhaltigkeit Effiziente Strukturen und Prozesse, Innovationsstärke, effektive Führungssysteme und eine nachhaltige Mobilisierung der Mitarbeiter sind die im Kontext einer wegweisenden Strategie verfolgten Projektziele. Praxisorientierung Auf Basis der langjährigen Erfahrung setzen wir innovative Konzepte mit Blick auf das Machbare gemeinsam mit unseren Kunden um. Wir rechtfertigen Ihr Vertrauen Wir schaffen Vorsprung ist das Leitmotiv unserer erfolgreichen, umsetzungsorientierten Vorgehensweise.  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 27
  • 28. Die ConMoto Unternehmensgruppe Wertorientierte Unternehmensentwicklung Lean Excellence Wertorientierte Wertorientierter Innovation Instandhaltung und Einkauf Excellence Lean Production Asset Innovation Schlanke Strukturen Produktklinik Lean Value Chain Lean Development Risiko- und verfügbarkeits- und Prozesse Zielgerichtetes Methoden- orientierte Instandhaltungs- Signifikante Senkung der wissen (QFD, FMEA, TRIZ) Lean Services strategie Preise für zu beschaffende Technologiebewertung Lean Administration Geschäftsfeld- und Zeitwirtschaft/Kapazitäts- Güter und Dienstleistungen Change Management und Terminplanung Markteintrittsstrategien Qualifizierungsoffensive „QAMPUS“ Umsetzung von Produkt- Kennzahlen & Visualisierung und Prozessinnovationen (*) Fremdleistungsmanagement Value Engineering Unsere Kernkompetenzen decken die gesamte Wertschöpfungskette ab  ConMoto Consulting Group GmbH Wir schaffen Vorsprung Maintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 28 (*) Seit Anfang 2011 ist die Agamus Consult eine 100 %-Tochter der ConMoto Consulting Group
  • 29. Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing., MBA Nils Blechschmidt Senior Partner & Verantwortlicher für das Themen- feld Maintenance Excellence und Asset Innovation Tel.: (089) 780 66 - 114 Fax: (089) 780 66 - 100 E-Mail: Blechschmidt@conmoto.de ConMoto Consulting Group GmbH Boschetsrieder Str. 69  ConMoto Consulting Group GmbH 81379 MünchenMaintenance_Excellence_Windkraftanlagen_110829.ppt 29 Wir schaffen Vorsprung