eco4wind: Echtzeit-Betriebsführung für effizientere Windturbinen

Ein höherer Energieertrag, eine zuverlässigere Stromversorgung und die Erschließung neuer Standorte für Windturbinen. Dies sind die Ziele des Forschungsprojekts eco4wind. Erreicht werden sollen diese durch neue Betriebsführungskonzepte.

Senvion, Windturbine
Mit einer Echtzeit-Betriebsführung wollen die Projektpartner die konventionelle Regelung von Drehzahl und Leistung sowie von Turm- und Betriebsstrangdämpfung ablösen. (Quelle: Senvion)

Seit rund 20 Jahren hat sich an der Architektur der Steuerung und Regelung von Windenergieanlagen wenig geändert. „Das führt dazu, dass die Potenziale der neuen, leistungsfähigen Anlagen nicht optimal genutzt werden können“, erklärt Axel Schild vom Engineering-Dienstleister IAV GmbH. Daher will das Unternehmen in dem Projekt eco4wind die neuesten Forschungsergebnisse aus Spezialgebieten der Regelungs- und Automatisierungstechnik auswerten und nutzen, um die Betriebsführung von Windenergieanlagen auf den aktuellen Stand der Technik zu bringen. Unterstützt wird IAV dabei von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Ruhr-Universität Bochum und der Senvion GmbH.

Technische Revolution durch Echtzeit-Betriebsführung

Kern des Ansatzes von eco4wind ist eine Echtzeit-Betriebsführung auf Basis einer nichtlinearen, modellprädiktiven Regelung. Damit soll eine neue und intelligente Art der Planung und Steuerung der Betriebsdynamik ermöglicht werden.

„Das kommt einer technischen Revolution gleich, weil sich mit der Echtzeit-Betriebsführung die konventionelle Regelung von Drehzahl und Leistung sowie von Turm- und Triebstrangdämpfung ablösen lässt“, so Prof. Dr.-Ing. Rolf Findeisen von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. „Das führt dazu, dass Betreiber ihre bestehenden Anlagen in Zukunft deutlich wirtschaftlicher nutzen können.“

Stromgestehungskosten sinken um mindestens zwei Prozent

Durch den gesteigerten Energieertrag bei gleichzeitig niedrigeren Materialkosten werden nach Angaben der Projektpartner die Stromgestehungskosten um mindestens zwei Prozent sinken. Zudem steigt die Zuverlässigkeit der Stromversorgung aus Windenergieanlagen: Der Bedarf an Regelenergie sinkt beziehungsweise Windenergieanlagen werden künftig selbst vermehrt Regelenergie liefern können.

„Hinzu kommt, dass sich aufgrund der Ergebnisse von eco4wind künftig neue Standorte für Windenergieanlagen erschließen lassen, zum Beispiel durch bisher nicht realisierbare Anlagenkonzepte“, sagt Dr.-Ing. Jens Geisler, Senior Expert Regelungstechnik bei der Senvion GmbH.

Reale Plattform auf Basis neuer methodischer Grundlagen

Das Projekt eco4wind ist in sieben Arbeitspakete unterteilt. „Außer neuen methodischen Grundlagen und der Erweiterung der bestehenden Theorie geht es dabei zuerst um die Entwicklung innovativer Steuerungskonzepte und echtzeitfähiger Algorithmen“, berichtet Prof. Dr.-Ing. Martin Mönnigmann von der Ruhr-Universität Bochum. „Anschließend werden die neuen Komponenten in eine reale Plattform integriert und in Simulationen und Feldtests untersucht.“

Im Lauf des Projekts wollen die Partner drei zentrale Ergebnisse erarbeiten:

  • eine vollständig gestaltete und als Prototyp umgesetzte Infrastruktur für die Automatisierung von Windenergieanlagen (Hard- und Software)
  • eine vollständig gestaltete und als Prototyp umgesetzte Entwicklungsumgebung, mit der Endkunden die neue Echtzeit-Betriebsführung ihrer Windenergieanlagen umsetzen können
  • Erprobungsdaten, die von einer mit den neuen Methoden betriebenen Windenergieanlage stammen.