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Hardware für Windkraftanlagen

Zur Verfügbarmachung von Energie aus der Umwelt

Als erneuerbare Energiequelle ähnlich der Solarenergie nutzt die Windkraft oder Windenergie die Luftmassen der Atmosphäre auf technischem Wege. Bereits seit dem Altertum nutzt der Mensch die Windenergie zur Verfügbarmachung von Energie aus der Umwelt für technische Zwecke. In der Vergangenheit arbeitete man hierzu für gewöhnlich mit Windmühlen oder Segelschiffen. Heutzutage ist die Stromerzeugung mit Windkraftanlagen die wohl bedeutsamste Form der Windenergienutzung. Windkraftanlagen oder Windenergieanlagen gewährleisten die Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie. Dazu gehört auch die Einspeisung in ein Stromnetz. Die mit Abstand dominierende Bauform ist der dreiblättrige Auftriebsläufer mit Achse und Rotor. Windkraftanlagen eignen sich für alle Klimazonen. Installiert an Land oder im Küstenvorfeld der Meere, verfügen sie dank der Einspeisung über Leistungselektronik mittlerweile über eine sehr gute Netzverträglichkeit. Die Leistung heute gängiger Windkraftanlagen liegt bei etwa 2 bis 5 Megawatt für Onshore Anlagen und 3,6 bis 8 Megawatt für Offshore Anlagen. Im Inselbetrieb eignen sich auch Kleinwindanlagen in sehr viel geringeren Leistungsbereichen. So oder so lässt sich festhalten: Heutzutage sind die Stromgestehungskosten von Windenergieanlagen auf einem Großteil der Standorte günstiger als die Stromgestehungskosten neuer Kohle- oder Kernkraftwerke.

Innovationen aus dem Bereich der Automatisierung

Ein neuer Trend in der Windkraftbranche ist Condition Monitoring. Der Begriff meint die Vernetzung von Windenergieanlagen mithilfe intelligenter, wegbereitender Produktlösungen in Form von Hardware für Windkraftanlagen. Auf diese Art und Weise verbessern sich Betrieb und Wartung. Aufgrund anhaltenden Wachstums und damit einhergehender Industrialisierung in der Windenergie steigt das Interesse an Produktlösungen zur Steigerung der Effizienz der Anlagen. Gefragt sind Innovationen aus dem Bereich der Automatisierung. Automatisierungslösungen in Form von Hardware für Windkraftanlagen erlauben die Ermittlung und Abgleichung des erfolgten Verbrauchs sowie der erzeugten Energiemenge. Diese Zustandsüberwachung erfolgt über ein Condition Monitoring System zum Windkraftanlagen Automatisieren. Dieses ermöglicht die flexible Zu- und Abschaltung der Anlagen. Damit ist Condition Monitoring ein wesentlicher Baustein für den flexiblen und kosteneffizienten Betrieb von Windenergieanlagen in Windparks und Co. Einzige Voraussetzung: Der Anwender benötigt kontinuierlich Informationen über den Zustand und die Funktionen der Anlage.

Überwachungsfunktionen für Onshore und Offshore Anlagen

Ein nicht zu unterschätzender Ansatz im Bereich der Hardware für Windkraftanlagen sind hochmoderne, intelligente Strommesswandler an Anlage und Netzeinspeisepunkt. Sie helfen bei der Zusammenschaltung mehrerer Windenergieanlagen. Zu den zur Kommunikation befähigten Überwachungsfunktionen für Onshore und Offshore Anlagen zählen Anti Icing, Monitoring der Netzqualität, Blatt- und Schraubenmonitoring sowie Blitzeinschlags- und Turmschwingungsmessung. Als Grundlage des Condition Monitoring Systems ermöglichen diese Funktionen die Überwachung und Optimierung von Windenergieanlagen. Ebenfalls zur Zustandsüberwachung gehören Schwingungsdiagnose oder Drehmoment- und Torsionsschwingungsanalyse. Auf diese Art und Weise erkennt der Betreiber der Anlage Rissbildungen oder Schäden durch Lasten an Getriebe oder Schrauben auf rechtzeitigem und schnellstmöglichem Wege. Damit steigert das Windkraftanlagen Automatisieren nicht nur den Lebenszyklus der Anlage, sondern reduziert auch die Kosten des Betriebs. Eine der Herausforderungen eines Condition Monitoring Systems im Bereich der Windenergie sind die auf die Technik wirkenden Umwelteinflüsse. Schock und Luftfeuchtigkeit spielen in diesem Zusammenhang ebenso eine Rolle wie das Salz in der Luft im Offshore Bereich.

 

Produktionsvorteile zwischen 6 und 7 Prozent

Nur langsam hält die Automatisierung Einzug in die Produktion von Windenergieanlagen. Viele Fertigungsschritte in Handarbeit erschweren die Amortisierung der Investitionen in Roboter und Co. Bei einem weltweiten Bedarf zwischen 20.000 und 30.000 Windenergieanlagen pro Jahr konzentriert sich die Automatisierung im Bereich des Baus von Windkraftanlagen bislang noch hauptsächlich auf Teilkomponenten. Schwer ist es dagegen im Falle größerer Bauteile wie Rotorblättern. Dabei verursachen diese bis zu 20 Prozent der Gesamtkosten einer Windenergieanlage, zurückzuführen vor allem auf die Materialkosten und die Fertigung in Handarbeit. Mit zunehmender Blattlänge erfolgt auch eine Zunahme der auf ein Rotorblatt einwirkenden Kräfte. Damit steigen die Anforderungen an die mit Handarbeit kaum mehr zu erreichende Qualität. Mit der Einführung der Fließfertigung in der Rotorblattproduktion erzielen Unternehmen der industriellen und weiterverarbeitenden Branche nicht selten einen Produktivitätsvorteil zwischen 6 und 7 Prozent. Auch die Produktionskosten sinken durch die Automatisierung in der Fertigung im Durchschnitt um 10 Prozent. Allerdings lohnt sich die Automatisierung nicht für alle Arbeitsschritte.

Selbstbauanlagen für die Stromversorgung ländlicher Räume

Die Entwicklung von Kleinwindanlagen als Open Source Hardware ermöglicht die Bündelung des Wissens von Technikern und Ingenieuren rund um den Globus. Mit der Open Source Entwicklung von Windenergieanlagen hält ein Prinzip aus der Domäne der Softwarebranche in den Bereich der Windkraft Einzug. Open Source basiert auf dem Prinzip der Schwarmintelligenz. Die gemeinschaftliche Entwicklung von Kleinwindanlagen auf Basis von Open Source bezieht sich vor allem auf den Selbstbau beziehungsweise die Privatentwicklung von Windrädern. Open Source Hardware im Kleinwindsektor legt ihr Hauptaugenmerk auf Selbstbauanlagen für die Stromversorgung ländlicher Räume. Insbesondere in Entwicklungsländern überzeugen Kleinwindanlagen in Regionen fernab des Stromnetzes mit ihren zahlreichen positiven Effekten. Denn Strom ist eine Voraussetzung für die Kühlung von Medikamenten und die Bereitstellung von Bildungsangeboten über das Internet.

Ermittlung und Abgleich erfolgter Verbräuche und erzeugter Energiemengen

Vor dem Hintergrund dezentraler Energieerzeugung gewinnt der Baustein des Condition Monitorings immer mehr an Bedeutung. Es ermöglicht die Ermittlung und den Abgleich erfolgter Verbräuche und erzeugter Energiemengen. Dabei bilden Strommesswandler an Anlagen und Netzeinspeisepunkten einen nicht zu unterschätzenden Bestandteil. Denn sie helfen bei der Kopplung von Windparks und Windenergieanlagen. Die Grundlage des Condition Monitorings bilden Automatisierungslösungen mit entsprechender Sensorik zum Windkraftanlagen Automatisieren. Denn sie erfassen und verarbeiten die von den Betreibern benötigten Daten. Ergänzt wird das Produktportfolio an Hardware für Windkraftanlagen unter anderem durch moderne, wartungsarme Plug and Play Systeme wie Beleuchtungssysteme. Sich automatisch einschaltende Anti Icing Systeme für die Rotorblätter von Windenergieanlagen sorgen im Falle entsprechender Wetterbedingungen für die Enteisung der Rotorblattkante. Auf diese Art und Weise verhindern sie Ertragsausfälle durch Eisbildung und Unwuchten am Rotor.

Hardware für Windkraftanlagen zur effizienteren und intelligenteren Energieverwaltung

Digitalisierung und Automatisierung, das haben wir bereits gehört, erhöhen im Kontext von Industrie 4.0 die Effizienz der Windkraft. Und das ist gut so: Denn die Energiewende beinhaltet von der Windenergieanlage bis in das Verteilernetz eine Vielzahl von Herausforderungen. Glücklicherweise gibt es jetzt schon eine Vielzahl von Produktlösungen in Form von Hardware für Windkraftanlagen. AXIOMTEK bietet Unternehmen der industriellen und weiterverarbeitenden Branche als Automatisierungsexperte Produktlösungen zur Überwachung aller relevanten Sicherheitsfunktionen von Windparks, Kleinwindanlagen und Windkraftanlagen. Langjährige Erfahrungen im Bereich industrieller Automation machen den Experten für Embedded Technologien zum professionellen und zuverlässigen Ansprechpartner im Bereich flexibler, zugeschnittener Produktlösungen. Das gilt insbesondere im Falle von Windparks: Angesiedelt in rauen und harschen Umgebungen, sind sie idealerweise resistent gegen Staub, Stöße, Vibrationen, Feuchtigkeit und Extremtemperaturen.

Die Produktlösungen von AXIOMTEK unterstützen die effiziente und zuverlässige Erzeugung, Verteilung und Verwaltung von Windenergie. Auf diese Art und Weise erhalten Unternehmen der industriellen und weiterverarbeitenden Industrie eine höchst zuverlässige Netzwerkinfrastruktur. Zertifiziert nach IEC 61850-3 und IEEE 1613, bieten unser Produkte die Möglichkeit der effizienteren und intelligenteren Verwaltung von Smart Grid.
Das ICO120-83D und das ICO300-83B sorgen als Industrial Internet of Things Gateways für ausreichend Rechenleistung. Der P1157E-500 und der GOT3177T-311-FR eignen sich zur Verwendung als Steuereinheit. In diesem Zusammenhang ebenfalls erwähnenswert sind die Media Converter und Industrial Ethernet Switches des AXIOMTEK Partners EtherWAN.