Radikal innovativ: Neue IAV-Automatisierungslösung für Windenergieanlagen

25.09.2018 // „Prinzipiell eignet sich unsere neue Automatisierungslösung für alle Windenergieanlagen“, sagt Dr. Axel Schild, Senior-Fachreferent für Automatisierungslösungen im Energiesektor bei IAV. „Als Retrofit-Lösung macht sie bestehende Anlagen wirtschaftlicher. Neue Windräder ließen sich wiederum durch ein angepasstes Design wesentlich günstiger produzieren, weil die verringerte Belastung eine deutliche Materialeinsparung ermöglichen würde.“ Inzwischen ist die IAV-Lösung so ausgereift, dass die Felderprobung noch dieses Jahr beginnen soll. Das Marktpotenzial ist immens: Jedes Jahr werden weltweit rund 20.000 neue Windenergieanlagen (WEA) installiert, und nach Einschätzung der IAV-Experten wird künftig ein Großteil der Neuanlagen mit einer derartigen Automatisierung ausgestattet.

Die neue Automatisierungslösung von IAV ermöglicht den Anlagenbetreibern, mit ihren Investitionen den maximalen Ertrag zu erzielen. Das kann bedeuten, bei gleicher Belastung der WEA mehr Strom zu produzieren – hier verspricht die neue Anlagenautomatisierung eine um bis zu 1,5 Prozent höhere Ausbeute. Umgekehrt kann eine reduzierte Belastung bei gleichbleibendem Ertrag gewünscht sein – in diesem Fall lassen sich wesentliche mechanische Belastungen der WEA-Komponenten um bis zu zehn Prozent reduzieren, was zu einem deutlichen Anstieg ihrer Lebensdauer führt.

Die von IAV entwickelte Automatisierungslösung erfordert dafür keine neuen Sensoren und Aktoren. Wie bisher dienen als Messgrößen die Drehzahl und die Leistung des Generators, der Anstellwinkel der Rotorblätter und die Beschleunigung, die der Turm der Windenergieanlage (WEA) bei den aktuellen Windverhältnissen erfährt. Sie speisen ein Modell der WEA, das mit Hilfe der vorausgesagten Windgeschwindigkeit in Echtzeit den Zustand der Anlage bis zu 20 Sekunden in die Zukunft berechnen kann. Ein Optimierungsalgorithmus bestimmt dann diejenigen Stelleingriffe für die Pitchantriebe der Rotorblätter und den Generator, die für den Betrieb der Anlage bestmöglich sind.

„Die heute eingesetzten Regelungslösungen berücksichtigen für die Ermittlung der Stelleingriffe ausschließlich die Vergangenheit bis zur Gegenwart. Unser neuer modellbasierter Ansatz beruht hingegen auf der Vorhersage und Optimierung des künftigen Geschehens“, fasst Schild zusammen. „Dieser innovative Ansatz maximiert den Nutzen von Windenergieanlagen und ist ein radikal innovativer Schritt.“

Für die zukünftige Vermarktung sondiert IAV bereits jetzt potentielle strategische Partner. „Dafür kommen beispielsweise die Hersteller von industriellen Steuerungen infrage, die ihre Hardware mit unserer Software kombinieren und als Paket vertreiben können“, so Schild. „Darum ist die WindEnergy auch genau die richtige Messe für uns, um unsere Lösung der Öffentlichkeit zu präsentieren: Dort sind besonders viele OEMs und Zulieferer aus der Windbranche vertreten.“

Erlebbare Automatisierungslösung

Auf der WindEnergy 2016 hat IAV bereits die Idee und ein erstes Konzept vorgestellt. Dieses Jahr erwartet die Messebesucher ein weit fortgeschrittener Technologiedemonstrator. Um das abstrakte Thema hautnah erlebbar zu machen, wird auf dem IAV-Messestand in Hamburg eine Hardware-in-the-loop-Umgebung aufgebaut, die die Arbeit der Automatisierungslösung visualisiert: Besucher können durch die Verlagerung ihres Körperschwerpunkts die drei primären Werttreiber (Stromproduktion, Minimierung der Bauteillast, Aktorbelastung) im wahrsten Sinne des Wortes „gewichten“. Die Reaktion auf diese Nutzereingabe wird auf einem Monitor dargestellt, so dass der Besucher die Arbeit der Automatisierungslösung live erleben kann: Graphen zeigen, wie sich Stromproduktion sowie die Belastung der Bauteile und der Aktoren in Echtzeit verändern. Ein Film rundet das Messererlebnis ab – er stellt den Regler als gespaltene Persönlichkeit dar, um das Thema von der emotionalen Seite zu zeigen.

Technologische Weiterentwicklung im Forschungsprojekt

Um der Zukunft auch weiterhin einen Schritt voraus zu sein und den Standort Deutschland zu stärken, wird die zugrundeliegende Technologie von der Bundesregierung im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms im Projekt „eco4wind“ kontinuierlich vorangetrieben. Hierbei fließen laufend aktuelle Forschungsergebnisse ein. IAV ist Koordinator des akademisch-industriellen Konsortiums.

Mehr zur Automatisierungslösung von IAV erfahren Sie auch in diesem Animationsvideo.

Die WindEnergy findet vom 25. bis zum 28. September in Hamburg statt. Sie finden IAV in Halle B6 am Stand 287.