Intelligente Rotorblätter, Bild: Siemens

Mit einer neuen Automatisierungstechnik von Siemens richten sich Rotorblätter automatisch und möglichst optimal an Wetterverhältnisse aus. Bild: Siemens

Warum meinen Sie, die Energieausbeute einer Windturbine mithilfe einer digitalisierten Steuerung zu steigern?
Wir können mithilfe unserer Sensoren die Rotorblätter steuern und so die Windturbine an einem optimalen Punkt betreiben. Siemens ist nicht nur einer der führenden Hersteller von Windenergieanlagen. Mit unserem Automatisierungsportfolio können wir darüber hinaus sämtliche Aspekte der Digitalisiserung mit den Technologien für die Energiewende miteinander verbinden.

Indem wir digitale Zukunftstechnologien mit der ganz klassischen Turbinensteuerung verknüpfen, erhöhen wir die Effizienz der Erneuerbaren Energien. Zum Beispiel lassen sich so Windturbinen optimal an die spezifischen Windbedingungen ihres Standorts anpassen und Energieerträge erhöhen.

Wie geschieht das?
Wichtig für den maximalen Energieertrag ist der richtige Anstellwinkel der Rotorblätter. Weil Windrichtung und Windbedingungen an jeder einzelnen Anlage sehr unterschiedlich sein können, muss sich die Windturbine permanent an die veränderten Bedingungen anpassen. Um sie hinsichtlich des Energieertrags am optimalen Punkt zu betreiben, setzen wir auf ein intelligentes Zusammenspiel zwischen der Sensorik, die Informationen über Luftdruck sowie Richtung, Turbulenzen und Geschwindigkeitsveränderungen des Windes liefert, und der Anlagensteuerung.

Rüdiger Knauf, Bild: Siemens
"Die Digitalisierung ist einer der wesentlichen Zukunfttrends für die Windenergie- branche.“ Rüdiger Knauf, CTO bei Siemens Wind Power and Renewable Systems. Bild: Siemens

Wie muss ich mir die Einstellung der Rotorblattwinkel vorstellen?
Der Name Alice steht bei unserem Projekt für Autonomous Learning in Complex Environments. Bei dem Forschungsprojekt arbeitet Siemens mit der TU Berlin zusammen. Die Ergebnisse helfen uns in der Windenergie. Mit einer entsprechenden Software und komplexen Algorithmen lernt jede Windturbine die für ihre Standortbedingungen ertragsstärksten Steuerungskennlinien. Im Controller laufen dafür die Daten aus zahlreichen Sensoren zusammen, so dass die Rechnereinheit einer spezifischen Turbine im Feld das optimale Steuerungsprofil der Turbine erstellt. Der Anstellwinkel der Rotorblätter ist in diesem Zusammenhang der wichtigste Parameter, damit die Turbine am optimalen Punkt betrieben werden kann.

Eine Studie beim österreichischen Betreiber Windkraft Simonsfeld hat erst vor wenigen Wochen gezeigt, dass bereits kleine Fehlstellungen des Rotorblattwinkels zu Ertragsverlusten von bis zu zwei Prozent führen. Mit unserer Rotorblattsteuerung und unserem Turbinencontroller vermeiden wir nicht nur solche Verluste sondern heben zusätzliche Potenziale.

Mit wie viel Mehrertrag lässt sich durch diese Automatisierungstechniken rechnen?
Das ist sehr vom Betriebsstandort abhängig und davon, ob man ein eher turbulentes Onshore-Umfeld oder ein relativ gleichmäßiges Offshore-Windprofil hat. Wir gehen davon aus, dass wir durch Optimieren der Arbeitsprofile der Rotorblattsteuerung noch einmal bis zu einem Prozent an AEP (Anual Energy Production) zulegen. Die Luft wird hier dünner, weil wir schon relativ weit oben an der Optimierungskurve liegen.

Haben Sie ein weiteres Beispiel?
Neben der Anwendung zur intelligenten Rotorblattsteuerung vor Ort nutzen wir unsere umfangreichen Daten aus Tausenden Windturbinen auch in unserem Ferndiagnosezentrum. Mithilfe digitaler Kommunikation überwachen dort unsere Servicekollegen den Betrieb der Windturbinen rund um die Uhr. Durch die seit Jahren gesammelten großen Datenmengen gewinnen wir dabei zusätzliche Erkenntnisse, die in die Entwicklung einfließen. Das kontinuierliche Feedback zu unserer Anlagentechnik erlaubt uns sogar, bereits installierte Windturbinen im laufenden Betrieb weiter zu optimieren. Mit modellbasierten Algorithmen untersucht unser Diagnosezentrum aber vor allem, wie Temperaturen, Drücke und bestimmte Einstellungen zusammenspielen. Bei Abweichungen wird dies im Datencenter analysiert.

Was passiert dann?
Im einfachsten Fall kann durch einen Eingriff in den Betrieb der Weiterbetrieb einer Windenergieanlage sichergestellt werden, wodurch ein höherer jährlicher Energieertrag erreicht wird, weil die Ausfallzeiten reduziert sind. Wann eingegriffen werden muss und ob ein Ausfall wahrscheinlich ist, kann durch dieses System frühzeitig erkannt werden. Eine Servicemannschaft wartet oder repariert die Anlage dann zum optimalen Zeitpunkt. Ein längerer Ausfall wird vermieden und die Wartungskosten sinken. Das Resultat sind längere Betriebszeiten und am Ende des Jahres ein höherer Energieertrag.

Was können Sie dabei besser als andere Windanlagenhersteller?
Bei Siemens profitieren unsere Kunden von der breiten Kompetenz des großen Industriekonzerns, da wir eben nicht nur die Division Windpower und Renewables mit sehr erfolgreichen Turbinen im Bereich Onshore und Offshore, sondern auch Divisionen mit Automatisierungskomponenten oder zur digitalen Forschung haben. Auf deren Erfahrungen greifen wir zurück und nutzen die Synergien im Konzern. Wir haben umfangreiche Plattformprodukte, die dabei helfen: Datenanalyse und Cloud-Technologien werden entsprechend vorangetrieben und dem gesamten Konzern zur Verfügung gestellt. Damit haben wir an einigen Stellen enorme Vorteile an Effizienz, Geschwindigkeit und Kompetenz.

Wo kann die Digitalisierung sonst noch helfen, Windenergieanalgen besser zu machen?
Die Digitalisierung ist einer der wesentlichen Zukunftstrends für die Windenergiebranche. Man wird in Zukunft sehr viel umfangreicher in der Lage sein, die ausgereifte Anlagentechnik, die auch bei uns entwickelt worden ist, mit der Außenwelt zu verbinden. Nicht nur Daten der eigenen Windturbine werden dann erhoben und ihre Selbstoptimierung betrieben, sondern diese Windturbine wird im Konzert der Umgebung optimiert. Das kann ein Windpark sein, in dem eine Windturbine nicht nur ihre eigenen Daten und Sensoren, sondern auch die der Nachbarturbinen berücksichtigt, um Abschattungsverluste zu reduzieren.

Darüber hinaus erlaubt die Digitalisierung neue Betriebskonzepte, wie beispielsweise das Agieren von Windkraftwerken im Regelenergiemarkt. Wetter- und Windvorhersagen können mit Standortdaten abgeglichen werden, um genaue kurzfristige Einspeiseprognosen zu errechnen und entsprechende Energiemengen anzubieten. Hier sehen wir künftig attraktive Geschäftsmodelle für die Betreiber, die zugleich helfen, die Volatilität der Einspeisungen zu senken. Mit dem zunehmenden Einsatz der Erneuerbaren steigt die Herausforderung der Netzveträglichkeit. Hier hilft die digitale Steuerung, damit Windturbinen einen Beitrag zur Netzstabilität leisten können – sei es bei der Blindleistungskompensation oder Fragen der Frequenzstabilität.

Siemens SWT3MW (Quelle: Siemens)