Structural Health Management für die Neumayer Station III in der Antarktis

Condition Monitoring bei den Pinguinen

Die deutsche Forschungsstation Neumayer III in der Antarktis kurz nach ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2009. Die ursprüngliche Stromversorgung durch Dieselmotoren soll jetzt zunehmend durch Windkraft- und Solaranlagen ergänzt werden.
Die deutsche Forschungsstation Neumayer III in der Antarktis kurz nach ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2009. Die ursprüngliche Stromversorgung durch Dieselmotoren soll jetzt zunehmend durch Windkraft- und Solaranlagen ergänzt werden.

Auf der deutschen Antarktis-Station Neumayer III betreiben bis zu 50 Menschen meteorologische und geophysikalische Forschung. Für die Sicherheit ihrer Stromversorgung sorgt ein SHM-System (Structural Health Management) von Bachmann.

Die Station Neumayer III auf dem Ekström-Schelfeis im atlantischen Sektor der Antarktis ist die Basis für die deutsche Antarktisforschung. Im antarktischen Sommer leben und arbeiten dort bis zu 50 Menschen, für die zuverlässig Energie erzeugt werden muss.

Die Energieversorgung der ganzjährig besetzten Forschungsstation basierte bislang hauptsächlich auf Dieselmotoren. Deren hohe Zuverlässigkeit ist jedoch mit Schadstoffemissionen bei der Verbrennung fossiler Kraftstoffe verbunden. Zwischen 300 und 350 Tonnen Diesel verbrauchen die drei eingesetzten Dieselgeneratoren bislang jährlich. Etwa eine Million Tonnen Kohlendioxid gelangt so im Dienste der Forschung in die Luft.

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Zukünftig soll der Anteil regenerativer Energie an der Energiebilanz der Station durch die verstärkte Nutzung von Wind- und Sonnenenergie sowie Erdwärme deutlich erhöht werden. Knapp die Hälfte des Diesels lässt sich durch ein ausgeklügeltes Energiekonzept einsparen, erwartet der Träger der Station, das Alfred-Wegener-Institut.

Seit kurzem unterstützt zunächst eine erste Vertikal-Windkraftanlage das Blockheizkraftwerk der Station mit regenerativer Energie. Die Condition-Monitoring-Spezialisten von Bachmann Electronic haben dafür den Prototyp eines SHM-Systems (Structural Health Management) entwickelt, der seit einigen Monaten am Turm der Windkraftanlage in der Antarktis seinen Dienst versieht.

Stichwort: Neumayer III

  • Die nach dem deutschen Geophysiker Georg von Neumayer benannte Polarforschungsstation Neumayer III befindet sich an der Atka-Bucht auf dem etwa 200 Meter dicken Ekström-Schelfeis. Der Stationsbetrieb wurde am 20. Februar 2009 nach fast zehnjähriger Projektzeit aufgenommen.
  • Die Station besteht aus einer sechs Meter über der Eisoberfläche befindlichen Plattform mit zwei Etagen, die auf 16 höhenverstellbaren hydraulischen Stelzen steht. Auf diese Weise wird ein Einschneien der Station verhindert.
  • Die Station wird ganzjährig betrieben und besitzt allein 210 m² wissenschaftlicher Laborfläche, verteilt auf zwölf Räume, dazu kommen 15 Unterkunftsräume. Die Station verfügt auch über eine große Lounge mit Fenstern, eine Sauna und einen eigenen OP-Saal für medizinische Notfälle.
  • Die Besatzung schwankt zwischen 9 Personen im antarktischen Winter und bis zu 50 im Sommer.
Im Schatten der Vertikal-Windkraftanlage der Neumayer Station III in der Antarktis verrichtet ein von Bachmann gebautes Structural-Health-Management-System seinen Dienst. Dessen Komponenten im grauen Kasten auf der rechten Seite sowie an der Anlage können Temperaturspitzen von bis zu -40°C aushalten.
Im Schatten der Vertikal-Windkraftanlage der Neumayer Station III in der Antarktis verrichtet ein von Bachmann gebautes Structural-Health-Management-System seinen Dienst. Dessen Komponenten im grauen Kasten auf der rechten Seite sowie an der Anlage können Temperaturspitzen von bis zu -40°C aushalten.

Die Steuerung des SHM-Systems übernimmt ein Prozessor vom Typ MC212 CC, „CC“ steht dabei für „Cold Climate“, zu Deutsch „kaltes Klima“ – Für keinen Ort trifft dies besser zu als für die Antarktis. Die „ColdClimate“-Module sind für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -30 bis +60°C ausgelegt und können Temperaturspitzen von -40 bis +70°C standhalten.

Bevor sie die Bachmann-Produktionsstätten verlassen, werden alle einem 100-Prozent-Test im Betrieb unterzogen. Sie müssen dabei extreme Temperaturwechselphasen in Klimakammern und normgerechte Messungen in der firmeneigenen Drei-Meter-EMV-Absorberkammer über sich ergehen lassen.

Die Sensordaten des SHM-Systems in der Antarktis werden per Ethernet-Link in das Intranet der Polarstation übertragen und gehen dann per Satellit nach Europa, wo sie vom Bachmann-Partner P.E. Concepts systematisch ausgewertet werden. Die Datenauswertung und Reporte erfolgen mit der Bachmann-Software „WebLog Expert“.

Für das Forschungsprojekt wurde WebLog Expert eigens um neue Funktionalitäten zur Strukturüberwachung erweitert. So bietet die bewährte Software nun eine einheitliche Plattform für die ganzheitliche Anlagenüberwachung. Sowohl Triebstrang als auch die Struktur der Windkraftanlage lassen sich nun überwachen.

Zwei weitere Windanlagen sind geplant. Grundlage für die Konstruktion der beiden noch folgenden Anlagen werden die gesammelten Daten des von Bachmann gelieferten Strukturüberwachungssystems sein. Die Daten der Pilotanlage werden eingesetzt, um systematische Fehler zu erkennen.

Und trotz der außergwöhnlich rauen Umgebung: Weltweit betrachtet ist die Windanlage in der Antarktis nur eine von mehr als 140.000 On- und Offshore Windturbinen, die Bachmann-Experten bereits mit Automatisierungskomponenten ausgerüstet haben.

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