Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme
Die intelligente und optimierte Steuerung führt zu mehr Energieerträgen im Windpark.
Zuverlässigkeit, Monitoring und Ertragsanalyse: Wie das IWES die Effizienz von Offshore-Windparks signifikant steigert
Im Zuge mehrerer öffentlich geförderter Projekte hat das Fraunhofer IWES gemeinsam mit Partnern einen einzigartigen Felddatenbestand an Ausfall- und Betriebsdaten weltweiter Windenergieanlagen aufbauen können. Dieser trägt wesentlich dazu bei, die Zuverlässigkeit von WEA-Komponenten signifikant zu steigern, Kosten und Risiken effektiv zu verringern, OPEX-Modellierung und Kosten-Nutzen-Analysen durchzuführen sowie Verfahren zur Fehlerfrüherkennung zu erproben. Das IWES realisiert zudem numerische Strömungssimulationen (CFD) zum Schutz der elastischen Rotorblätter. So lassen sich Anfälligkeiten der Blätter für Schwingungen – etwa bei Stillstand oder Trudeln der Anlage – erkennen und reduzieren. Für ein leistungsfähiges Projekt- und Risikomanagement bietet das IWES Projektplan- und Wetterrisikoanalysen an, um frühzeitig potenzielle Risiken zu bewerten. Mittels Post-Construction- und Performance-Analysen beurteilt das IWES Leistung und Effizienz bestehender Offshore-Windparks. Ebenfalls im Portfolio: optimierte Instandhaltungskonzepte, Beurteilung bestehender Konzepte und Optimierung der O&M-Logistik, um maßgeschneiderte, kosteneffiziente Lösungen zu kreieren.
Unsere Bereiche
Technische Zuverlässigkeit
Besseres Verständnis und Verbesserung von O&M-Aktivitäten
Das Fraunhofer IWES weist eine lange Erfolgsgeschichte bei öffentlich geförderten Projekten zu den Themen Zuverlässigkeit von Frequenzumrichtern, Ausfallursachenanalyse, Zustandsüberwachung und Digitalisierung von O&M-Daten vor. Zusätzlich verfügt das IWES über Erfahrungen in der O&M-Modellierung, Kosten-Nutzenanalyse und Optimierung von O&M-Strategien auf der Basis von Felddaten.
Mehr Informationen im Datenblatt hier: Understanding and improving O&M activities
Zuverlässigere WEA-Komponenten und besserer Input für die OPEX-Modellierung dank einzigartiger Felddatensammlung
Durch viele Jahre Forschung hat das IWES eine umfangreiche Fachkompetenz im Bereich der Untersuchung von Ausfallursachen von WEA-Komponenten erworben. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit Akteuren aus allen Teilen der Wertschöpfungskette. Ziel dabei ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern und sowohl Kosten als auch verknüpfte Risiken zu verringern.
In Projekten hat das IWES eine umfangreiche, stetig wachsende Sammlung an Felddaten von mehr als 10.000 WEA generiert. Aufgrund seiner Größe, Vielfalt und Aktualität ist dieser Datensatz einzigartig und deckt eine Vielzahl von WEA-Altersklassen, -Herstellern und -Aufstellungsorten ab. Auf Basis dieses Datensatzes liefert das IWES Zuverlässigkeitsdaten für die OPEX-Modellierung und Kosten-Nutzen-Analyse. Zusätzlich bietet das IWES Lösungen für die Fehlerfrüherkennung und führt Ausfallursachenanalysen auf der Basis von Felddaten durch.
weiterlesen
Aktueller Stand und wesentliche Merkmale des Felddatenbestands am Fraunhofer IWES
Zertifizierung I Akkreditierung
Ertrags- und Standortanalyse
Windfeldmodellierung: Multiskalensimulation von Wind- und Nachlaufeffekten
Der globale Ausbau der Windenergie findet unter unterschiedlichen Umweltbedingungen statt. Während an Land, onshore, Windparks vermehrt in sehr komplexem Gelände geplant und gebaut werden, werden auf See, offshore, große »Kraftwerke« mit mehreren hunderten von WEA errichtet, die mit der marinen atmosphärischen Grenzschicht interagieren. Die Herausforderungen in der numerischen Simulation und Bewertung der Standorte sind entsprechend unterschiedlich.
Die Modellierung von Windfeldern wird vor allem zur Ergänzung von Windmess- und Ertragsdaten in Raum und Zeit oder aber zur Simulation zukünftiger Planungszustände benötigt. Das Fraunhofer IWES ist seit mehr als zehn Jahren in der Weiterentwicklung, Verbesserung und Anwendung von numerischen Methoden und Datensätzen auf allen relevanten Skalen aktiv. Dabei werden vor allem Open-Source-Modelle und Methoden verwendet.
Die numerische Simulation von Windenergiestandorten erfordert die Anwendung unterschiedlicher Methoden, um den Anforderungen der Industrie an Genauigkeit und Geschwindigkeit, aber auch den unterschiedlichen assoziierten Skalen gerecht zu werden. Zu diesem Zweck wurden am Fraunhofer IWES in den vergangenen Jahren verschiedene Werkzeuge zur numerischen Standortbewertung zur Berechnung von Windfeldern und Windparkerträgen bei komplexen Geländegeometrien sowie zur Berechnung von Windenergieanlagen und Windparknachläufen entwickelt.
weiterlesen
Modellierung von Windenergiestandorten im komplexen Gelände
Die Modellierung komplexer Standorte mit Computational Fluid Dynamics (CFD)-Methoden erfordert zunächst die Generierung geeigneter Rechengitter, da die Güte der Ergebnisse maßgeblich davon abhängt. Zu diesem Zweck wird seit 2012 am IWES der Gittergenerierer „terrainMesher“ entwickelt, welcher automatisiert auch große Standorte im sehr komplexen Gelände mit Gittern hoher Güte versehen kann. Basierend auf dem OpenSource-Tool „OpenFOAM“ wurden eigene Parametrisierungen und Strömungslöser zur Simulation von Windenergieanlagen, Waldeffekten und der atmosphärischen Stabilität entwickelt und in einer Vielzahl von Projekten validiert sowie Methoden zur Berechnung von Unsicherheiten implementiert.
Gemeinsam bilden terrainMesher, OpenFOAM und die eigenen Entwicklungen des Fraunhofer IWES in OpenFOAM das Tool „FIWind“: FIWind ist ein vollautomatische Softwarelösung, die auf HPC-Computern oder auch in der Cloud betrieben und über ein Web-Frontend gesteuert werden kann. FIWind ist ein industriegeeignetes Modellierungswerkzeug, um Windfelder, Windzeitreihen und Erträge von Anlagen im komplexen Gelände effizient und genau zu berechnen.
Multiskalen Nachlaufmodellierung
Mit dem fortschreitenden Ausbau der Windenergie in großen Windparks und Windparkclustern (in Europa vor allem offshore) spielen die Auswirkungen der Nachlaufeffekte der Windenergieanlagen untereinander eine immer größere Rolle. Verschiedene Studien – auch unter Beteiligung des Fraunhofer IWES – haben gezeigt, dass sich Nachlaufeffekte offshore über 100 km und mehr erstrecken können. Die Nachlaufeffekte auf diesen Skalen können über mesoskalige Simulationen abgebildet werden, in denen die Windparkeffekte parametrisiert werden. Die Entwicklung und Validierung dieser Parametrisierungen wird vom Fraunhofer IWES mit Partnern seit einigen Jahren vorangetrieben.
Mit diesem Modellierungsansatz hat das IWES Ausbauszenarien und großskalige Nachlaufeffekte für verschiedene Auftraggeber gerechnet.
Für die detaillierte Planung von Windparkflächen und deren Optimierung wird seit 2012 das OpenSource Industriemodell FOXES (Farm Optimization and eXtended yield Evaluation Software) entwickelt, mit welchem bereits in verschiedenen Offshore-Regionen Windparks geplant wurden. Gekoppelt mit der Mesoskalenmodellierung können Küsteneffekte oder langreichweitige Nachlaufeffekte, die sich über verschiedene Skalen erstrecken, abgebildet werden.
Zertifizierung I Akkreditierung
Offshore-Logistik
Projekt- und Risikomanagement für Offshore-Windparks: Kosten minimieren und Effizienz steigern
Ein leistungsfähiges Projekt- und Risikomanagement bildet die Grundlage für eine erfolgreiche und kosteneffiziente Planung, Errichtung und Betrieb von Offshore-Windparks. In der Planungs- und Ausführungsphase bietet das IWES Projektplan- und Wetterrisikoanalysen an, um potenzielle Risiken frühzeitig zu identifizieren und zu bewerten. Dank seiner Expertise kann das IWES dabei helfen, Risiken zu minimieren und die Effizienz der Projektlogistik zu optimieren.
Für bereits errichtete Offshore-Windparks lassen sich mit den Post-Construction- und Performance-Analysen Leistung und Effizienz des Parks bewerten. Basierend auf den Ergebnissen kann das IWES Empfehlungen zur Optimierung geben. Durch die konzeptionelle Auslegung von Instandhaltungskonzepten für Offshore-Windparks sowie die Beurteilung bestehender Konzepte hilft das IWES, die optimale Betriebsstrategie für Windparks zu finden und Kosten zu minimieren.
Darüber hinaus bietet das IWES die Optimierung der O&M-Logistik an, um Betrieb und Instandhaltung der Offshore-Windparks effizienter zu gestalten. Das IWES analysiert die logistischen Prozesse und entwickelt maßgeschneiderte Lösungen, um die Verfügbarkeit der Turbinen zu maximieren und die Betriebs- und Instandhaltungskosten zu optimieren.
weiterlesen
Mit gezielten Strategien die Energieerzeugungskosten von Offshore-Windparks senken
Durch die Evaluierung und Entwicklung von Konzepten und zukunftsorientierter Methoden werden die Installations- und Betriebskonzepte von Offshore-Windparks verbessert. Dieses Ziel wird durch den Einsatz innovativer Inhouse-Software-Tools erreicht, mit denen die Installation und der gesamte Lebenszyklus eines Offshore-Windparks in detaillierten Zeitreihensimulationen abgebildet und analysiert werden.
Die entwickelten Software-Tools identifizieren potenzielle Probleme und Risiken, insbesondere Wetterrisiken, die während der Installation und des Betriebs eines Offshore-Windparks auftreten. Anhand der erworbenen Erkenntnisse kann das IWES Strategien entwickeln, um diese Risiken zu evaluieren und zu analysieren. Aus diesen Analysen werden Handlungsempfehlungen abgeleitet, die dazu beitragen, Offshore-Windparks im Hinblick auf Effizienz und Kosten zu optimieren.
Durch die gewonnenen Kenntnisse der Installations- und Betriebskonzepte sowie deren assoziierte Risiken für Offshore-Windparks können die Energieerzeugungskosten dieser Parks gesenkt werden. Darüber hinaus sind die Software-Tools durch die Bereitstellung äußerst detaillierter Simulationen von Offshore-Windparks in der Lage, eine Vielzahl weiterer Performance Indikatoren und KPIs zu liefern.
OffshoreTIMES Simulationswerkzeug für Betrieb und Wartung - Input-Output-Struktur
Zertifizierung I Akkreditierung
