DIGI-Hydro Digitalisierung und Visualisierung als Basis für Predictive Maintenance in der Wasserkraft

Ziel des Projektes DIGI-Hydro ist die Entwicklung von Konzepten in Richtung einer Digitalisierung und automatischen Zustandsbeurteilung von Wasserkraftanlagen. Das Projekt umfasst die folgenden geplanten Innovationen:

(a) Konzept zur sensorbasierten Überwachung von Wasserkraftanlagen
Es ist derzeit nicht immer genau eruierbar, welche Sensoren sich für eine automatische Zustandsbeurteilungen von älteren Wasserkraftanlagen eignen. Weiters ist selten bekannt, in welchem Detailgrad die Daten vorliegen müssen, und welche Datenmengen dabei zu erwarten sind. Die in DIGI-Hydro geplanten Untersuchungen werden nachweisen, welche Sensoren und welche Formen der Daten (z.B. Frequenzspektren statt Rohdaten) erforderlich sind, um die Betriebszustände automatisiert beurteilen zu können. Dazu sind umfangreiche Messungen und Untersuchungen mit verschiedenen Sensordaten von Nöten.

(b) Neue Methoden zur Datenspeicherung und Datenanalyse
Die zu erwartende Datenmenge aus den geplanten Messungen ist sehr hoch. Daraus ergeben sich Fragen zu einer effizienten Speicherung und anschließenden Analyse der Daten. In DIGI-Hydro werden sowohl Speicherkonzepte für große Mengen an Zeitreihendaten, als auch visuelle Analysemethoden zur Korrelation von Zeitreihen- und Frequenzdaten entwickelt werden.

(c) Plattform zur automatisierten Zustandsbeurteilung
Die Digitalisierung in der Wasserkraft steht erst am Anfang und digitale Konzepte werden daher jetzt noch nicht breit angewendet. In DIGI-Hydro werden die Erkenntnisse aus umfangreichen Messungen und Datenanalysen dazu verwendet werden, Modelle für die automatisierte, datengetriebene Zustandsbeurteilung von Wasserkraftanlagen zu entwickeln. Zusammen mit einer webbasierten Plattform werden somit Konzepte in Richtung einer Remote-Überwachung von Anlagen präsentiert.

Ausgangssituation

Mit einem Anteil von rund 60% in Österreich und rund 15% in Europa hat die Wasserkraft einen entscheidenden Anteil an der Produktion von Elektrizität. Wasserkraftanlagen sind auf eine sehr lange Lebensdauer ausgelegt, wodurch einige Anlagen bereits seit mehr als 40 Jahren in Betrieb sind. Somit wurden die Kraftwerksanlagen geplant und gebaut, lange bevor wesentliche Entwicklungen in der Sensorerfassung und Datenauswertung stattfinden konnten.

Darüber hinaus wird der Betrieb der Wasserkraftanlagen in Zukunft großen Veränderungen unterworfen sein. Durch die zunehmende Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen wird das Stromnetz immer stärkeren Schwankungen unterliegen. Das Ausgleichen solcher Schwankungen, die sogenannte Netzregulierung, wird derzeit mitunter durch eine Änderung des Betriebes der Wasserkraftwerke erreicht. Dies führt vermehrt zur Notwendigkeit, die Wasserkraftanlagen in atypischen Betriebszuständen zu betreiben, für die sie ursprünglich nicht geplant und gebaut wurden.

Das Ausmaß möglicher Schädigungen durch diese Betriebszustände und die Auswirkung auf zukünftige Wartungszyklen sind nur schwer und aufwendig ermittelbar. Betriebsdaten, welche durch verschiedene Sensoren aufgezeichnet werden, können neue Erkenntnisse über den veränderten Betrieb der Anlagen liefern.