KIWi: KI-Simulationskorrekturen zur Laufzeitverlängerung von Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Windenergieanlagen erreichen das Ende ihrer Betriebserlaubnis nach 20 Jahren. Viele sind aber in der Lage, weiter grünen Strom zu produzieren.
• Für eine Verlängerung der Betriebserlaubnis ist eine Abschätzung der Restlebensdauer erforderlich, die unter anderem auf numerischen Simulationsmodellen beruht. Diese Modelle sind allerdings ungenau.
• Im Projekt KIWi integrieren die Projektpartner eine auf Maschinellen Lernverfahren basierende Korrektur in das Simulationsverfahren und ermöglichen so eine exaktere Bestimmung der Restlebensdauer.
• Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilprojekt unter anderem für Integration des Korrekturoperators in die institutseigene Simulationsumgebung verantwortlich.

Herausforderung

Windenergieanlagen haben üblicherweise – basierend auf der Auslegungslebensdauer – eine Betriebserlaubnis über 20 Jahre. Viele von ihnen sind aber technisch in der Lage, auch darüber hinaus Strom zu erzeugen.

Für den Weiterbetrieb ist eine gesonderte Betriebserlaubnis erforderlich. Betreiber müssen dafür Nachweise über den tatsächlichen Zustand der Windenergieanlage erbringen, aus denen eine prognostizierte Restlebensdauer ersichtlich ist. Erforderlich ist unter anderem Vergleich der Design-Standortbedingungen mit den realen Standortbedingungen der Windenergieanlage. Hierzu werden mit einem numerischen Modell und hunderter Simulationen die Ermüdungslasten abgeschätzt. Diese Modelle sind jedoch generisch und fehlerbehaftet, etwa durch schwer rekonstruierbare Windverhältnisse oder Modellvereinfachungen. Die Ergebnisse der Simulationen sind daher mit großen Unsicherheiten in der Lastabschätzung behaftet, das heißt die Lebensdauerprognosen geben nicht das tatsächliche Potenzial der Anlage wieder.

Lösung

Hier setzt das Forschungsprojekt KIWi an und greift dabei auf neue Ansätze wie Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen zurück. Ziel ist es, zur modellbasierten Bestimmung der Restlebensdauer eine auf maschinellen Lernverfahren basierende Korrektur und genauere Eingabeparameterschätzung direkt in das Simulationsverfahren zu integrieren. Die Simulationskorrektur gleicht dabei Modellfehler und Approximationsfehler der Simulationsverfahren aus und ermöglicht so eine exaktere Bestimmung der möglichen Lebensdauerverlängerung von Windenergieanlagen.

Mehrwert  

Das Fraunhofer IWES ist in einem Teilprojekt für die Integration des von den weiteren Projektpartnern entwickelten Korrekturoperators in die institutseigene Simulationsumgebung sowie dessen Validierung verantwortlich. Zudem dient die IWES-Forschungswindenergieanlage Adwen AD-8 als Entwicklungsplattform und Demonstrator. 

Zur Pressemitteilung: Für eine schnellere Energiewende: Mit KI werden Windenergieanlagen nachhaltiger