FlexiWind: Modellierung virtueller Offshore Windparks zum flexiblen Betrieb sowie zur Last- und Performanceoptimierung

Auf einen Blick

• Die Steuerung von Windparks hat derzeit vor allem die Ertragsmaximierung über die Betriebsdauer von 20-25 Jahren zum Ziel.
• Eine flexible, datengestützte Betriebsstrategie könnte Netzdienlichkeit, optimierten Anlagenbetrieb und vorausschauende Wartung ermöglichen.
• Im Projekt FlexiWind entwickeln die Projektpartner anhand des Digitalen Zwillings eine solche Steuerung für einen realen Windpark.
• Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Entwicklung und Validierung des Digitalen Zwillings verantwortlich.

Herausforderung

Derzeit werden Windparks in der Regel mit dem Ziel gesteuert, den Ertrag innerhalb der 20-25 Jahre Betriebsdauer zu maximieren. Dabei hätte eine datenbasierte flexible Steuerung einzelner Anlagen und des gesamten Parks gleich mehrere Vorteile. Sie hat das Potenzial, die Kosten des Betriebs und der Instandhaltung und damit auch die Stromgestehungskosten bei gleichzeitigem Beitrag zur Netzstabilität insgesamt zu reduzieren und somit die Windenergie wettbewerbsfähiger zu machen.

Denn zum einen könnten die Turbinen entsprechend ihrer Belastung am konkreten Standort gesteuert werden. Windenergieanlagen sind innerhalb eines Windparks unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt. Sie können im Design der Anlage nur standardisiert berücksichtigt werden, da sie stark vom Standort der Turbine und den Wechselwirkungen der Anlagen untereinander abhängig sind. Eine flexiblere Steuerung, die diese Belastungen berücksichtigt, könnte nicht nur die Lebensdauer verlängern, sondern auch ein vorausschauendes Wartungskonzept etablieren, das den Zustand der Komponenten in den Anlagen in den Blick nimmt. Zudem erlaubt sie einen netzdienlichen Betrieb und das Bereitstellen von Netzdienstleistungen, zum Beispiel Regelenergie.

Lösung

Hier setzt das Forschungsprojekt FlexiWind an. Die Projektpartner ermitteln das Potenzial und den Einfluss von flexiblen Regelungsstrategien auf Windenergieanlagen und -parks. Ziel ist, mit der direkten Applikation solcher Strategien auf Windparks und der damit verbundenen dynamischen Anpassung des Betriebszustandes auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren zu können. Dies soll in einer echtzeitfähigen Simulationsumgebung umgesetzt werden. Die Modelle werden mit den Daten eines realen Windparks eines der Projektpartner sowie Daten der Forschungsinitiative RAVE validiert. Am Ende steht eine realistische Einschätzung des finanziellen und technischen Potenzials einer flexiblen Anlagen- und Parkregelung.

Mehrwert  

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist unter anderem für den Aufbau einer echtzeitfähigen Simulationsplattform, der Strömungsmodelle von Windparks sowie die Modellierung der Aero-Elastik von Windpark und Windturbine verantwortlich.