Prädiktive Wartung steigert die Zuverlässigkeit von Offshore-Windkraftanlagen
Der menschliche Einfluss auf den Klimawandel ist signifikant. Um diesen zu reduzieren und die Kohlenstoffemissionen zu senken sind innovative Lösungen notwendig, die zum Klimaschutz beitragen und eine nachhaltige Zukunft fördern. Dies führt zu einer spürbaren Transformation des Energiesektors hin zu erneuerbaren und grünen Energien. Die Offshore-Windenergie ist eine der vielversprechendsten und umweltfreundlichsten Technologien zur Energieerzeugung. Sie kann bis 2050 zur wichtigsten Energiequelle Europas werden, so die europäische Energieagentur. Es wird erwartet, dass die Produktion von Windenergie bis 2040 um das Fünffache steigt. Um Investitionen und Betriebskosten zu senken, sind effizientere Energieerzeugungssysteme, sowohl im Hinblick auf die Infrastruktur als auch auf die Betriebsabläufe, erforderlich.
Windturbinen kommen in einem anspruchsvollen Umfeld, welches technische Herausforderungen mit sich bringt, zum Einsatz
Offshore-Windturbinen kommen in Meeresumgebungen zum Einsatz und sind daher extremen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und anfällig für Erosion. Der Wind, der für den Betrieb der Turbine notwendig ist, kann sich negativ auf die Windturbine auswirken. Wenn die Windgeschwindigkeit 25 m/s überschreitet muss diese abgeschaltet werden. Offshore-Windparks sind von der Küste weit entfernt, so dass sie nur schwer – oder bei schlechten Wetterbedingungen gar nicht – zugänglich sind.
Aus diesem Grund können die technischen Herausforderungen schnell zu einer heiklen und kostspieligen Angelegenheit werden. Der Ausfall des Generators, eine der wichtigsten Komponenten der Turbine, kann beispielsweise zu enormen Verlusten führen. Die Folgeschäden können sich auf 50.000 EUR pro Turbine belaufen und der Energieverlust liegt bei rund 10.000 EUR pro Tag.
Eingeschränkte Verfügbarkeiten von Schiffen führen zum Engpass bei Ersatzlieferungen
Für den Austausch der sperrigen Generatoren wird ein spezielles Schiff benötigt. Dessen Bereitstellungszeiten liegen hier durchschnittlich bei 30 Tagen, was zum entscheidendsten Engpass bei den Austauscharbeiten führt. Wenn man den Ausfall des Generators im Vorfeld erkennt, ist es möglich, die Bereitstellungszeit vorherzusehen und somit die Gesamtausfallzeit zu begrenzen.
In der Vergangenheit wurde mit Hilfe verschiedener Technologien versucht, diese Ausfälle vorherzusehen. Selbst fortschrittliche Lösungen zur Schwingungsüberwachung scheiterten an dieser Problematik, da sich die Frequenzen mit denen anderer Komponenten im gleichen Spektrum stark überlagern. Aus diesem Grund greifen die Anlagenbetreiber hauptsächlich auf Instandhaltungsmaßnahmen zurück, um im Falle eines Ausfalls so schnell wie möglich reagieren zu können.
Wie die prädiktive Wartung dabei unterstützt, die Ausfallzeiten von Offshore-Windkraftanlagen zu verringern
Mit diesem Wissen hat die Omexom Renewable Energies Offshore GmbH in Zusammenarbeit mit Leonard, einer Plattform des VINCI-Konzerns für vorausschauende Analysen (Foresight) und die Beschleunigung innovativer Projekte, eine neue KI-Lösung entwickelt, um Generatorausfälle im Vorfeld zu erkennen. Die bereits vorhandenen Sensordaten, die über das SCADA-System gesammelt wurden, wurden dafür genutzt.
Um das normale Verhalten jeder Windkraftanlage zu modellieren, wurden die Zeiträume, in denen die Turbinen unter normalen Bedingungen arbeiten, herangezogen. Dieses Modell ermöglichte, das Verhalten der Signale unter normalen Bedingungen im Zeitverlauf zu rekonstruieren. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Signal und dem rekonstruierten Signal wurde dann verwendet, um ungewöhnliche Zustände zu erkennen und bei einer signifikanten Differenz einen Alarm auszulösen. Im nächsten Schritt wurde der Alarm dem Betriebsleiter über eine benutzerfreundliche Oberfläche zur Validierung übermittelt. Hier wird ein Human-in-the-Loop-Ansatz verfolgt.
Die Qualität der Ergebnisse war überzeugend und führte dazu, dass das Team von Omexom Offshore einen Generator im Vorfeld austauschen und Ausfallzeiten verhindern konnte.
Dieses Projekt wurde im Offshore-Windpark Riffgat realisiert. Für die Zukunft plant Omexom Offshore das Modell auf weitere Windparks zu übertragen. Für Omexom Offshore war das Projekt der erste Schritt hin zur Entwicklung zum KI-Experten im Bereich der prädiktiven Wartung von Offshore-Windparks.
Dieser Artikel gehört zu einer Serie, in der die Teilnehmer:innen und Projekte des KI-Programms von Leonard, der Innovationsplattform des VINCI-Konzerns, vorgestellt werden. Das Programm wurde speziell entwickelt, um die Einführung von KI-Technologien bei VINCI zu beschleunigen. Es besteht aus einer fünfmonatigen Inkubationsphase, in der ausgewählte Mitarbeitende von VINCI im Rahmen eines Learning-by-Doing-Prozesses einen KI-basierten Anwendungsfall unter Anleitung und Betreuung durch das Leonard-Team und mit Unterstützung von Eleven Strategy entwickeln.
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