Blick aus einem Helikopter auf den Windpark Riffgat mit dem Umspannwerk im Vordergrund (Quelle: Adobe Stock)
2021 lag die Leistung der deutschen Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee bei rund 7,8 GW. Durch das am 1. Januar 2023 in Kraft getretene Windenergie-auf-See-Gesetz soll der Ausbau deutlich beschleunigt werden. Geplant ist eine Leistung von mindestens 30 GW bis 2030 und mindestens 70 GW bis 2045 – ein ambitioniertes Ziel, das nicht allein durch zusätzliche WKAs erreicht werden wird. Denn ein entscheidender Faktor ist auch die Zuverlässigkeit der Anlagen und einzelner Komponenten wie beispielsweise Generatoren.
Instandhaltung von Beginn an notwendig
Vor allem die auf dem Meer herrschenden Umweltbedingungen wie starke Winde, Wellengang und die dadurch bedingte salzhaltige Umgebung beanspruchen die Technik von Offshore-WKAs. Neben gesetzlichen Auflagen bestimmen auch Vorgaben der Hersteller, in welchen Intervallen Wartungen und Inspektionen erfolgen müssen. Vor diesen Hintergründen sind trotz einer technischen wie wirtschaftlichen Betriebsdauer von 20 bis 25 Jahren Instandhaltungsarbeiten von Beginn an notwendig.
Die Omexom Renewable Energies Offshore GmbH, ein auf den gesamten Lebenszyklus von Offshore-Anlagen spezialisierter Industriedienstleister, betreut u.a. den Offshore-Windpark Riffgat. Der rund 15 km nordwestlich der Nordseeinsel Borkum gelegene Standort erzeugt mit einer Nennleistung von 113,4 MW jährlich bis zu 450 GWh an Strom, was der Versorgung von über 120.000 Haushalten entspricht. Kommt es allerdings etwa bei Generatoren zu unvorhergesehenen Ausfällen, folgt eine sehr zeitaufwändige und kostenintensive Planung und Durchführung der Instandhaltungsarbeiten: Bislang musste der Betrieb einer Anlage dazu im Mittel für 45 Tage eingestellt werden – die Folge war ein Ertragsausfall von bis zu 10.000 € pro Tag. Omexom Offshore hat daher gemeinsam mit der Innovationsplattform Leonard des Mutterkonzerns VINCI Energies eine KI-basierte Lösung entwickelt, die mögliche Ausfälle von Generatoren frühzeitig vorhersagt und so den Aufwand zur Instandhaltung deutlich verringert.
Wissen, wie’s dem Generator geht
In den 30 WKAs des Offshore-Windparks Riffgat sind jeweils Asynchrongeneratoren verbaut, die die Drehbewegung des Rotors in elektrische Energie umwandeln. Eine Besonderheit dieses Generatortyps liegt darin, dass die Drehzahl mittels Schlupf für eine bestimmte Zeit variiert werden kann, um etwa bei Starkwinden oder Böen die gesamte Struktur zu entlasten. Im Wesentlichen besteht der Asynchrongenerator (auch Induktionsgenerator genannt) aus einem Läufer (bzw. Anker) und einem Ständer (bzw. Stator). Der Läufer rotiert im Ständer und ist mit dem Rotor über ein Getriebe verbunden. Der Ständer besteht aus einer Vielzahl dünner Stahlbleche und befindet sich im Innenteil des Generators.
Jede Anlage produziert während des Betriebs unentwegt Daten etwa zur Leistung, dem Pitchwinkel der Rotorblätter und diversen Temperaturen. In der Summe der jeweiligen Messwerte und ihrem gesamten historischen Zeitraum ergibt sich für jede einzelne Anlage ein individueller Bereich mit Schwellenwerten, der den Normalbetrieb darstellt. Weicht ein Wert zu stark davon ab, kann das auf Störungen hindeuten, die im schlimmsten Fall zum Ausfall des Generators und damit der Anlage führen. Aus dieser Kenntnis und der eigenen jahrelangen Erfahrung heraus wurde die hier erläuterte KI-basierte Lösung entwickelt, um die Zustandsüberwachung zu automatisieren.