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SOWINDIC Smart Operation of Wind Turbines under Icing Conditions

Im Zuge des Projektes werden heterogene Echtzeit-Datenströme, d.h. Betriebsdaten, Wetterdaten und Marktdaten, aufbereitet, sowie über eine Datenplattform zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt.
Mit Hilfe der aufbereiteten Echtzeitdaten werden neue Machine Learning Algorithmen zur Vorhersage der Produktionsausfälle einer WEA entwickelt, mit physikalisch motivierten, erfahrungsbasierten Modellen verglichen und im Rahmen einer Hybridmodellierung die Betriebsführung unter Vereisungsbedingungen optimiert. Abhängig von den Ergebnissen der Hybridmodellierung wird eine vorhandene Rotorblattheizung präventiv betrieben, wodurch die witterungsbedingten Produktionsausfälle der Windenergieanlagen minimiert werden.

Ausgangssituation

Im Bereich der Windenergie und der Vereisung wurden in den letzten Jahren zwar große technologische Fortschritte gemacht, so dass heute verschiedene robuste und zuverlässige Systeme zur rotorblattbasierten Eiserkennung auf dem Markt erhältlich sind und
Rotorblattenteisungssysteme von fast allen Windturbinen-Herstellern angeboten werden. Neue Technologien und Methoden, die erst durch die Digitalisierung ermöglicht werden, haben in diesem Bereich aber noch nicht Einzug gehalten: Die heutige Betriebsführung von Windenergieanlagen unter Vereisungsbedingungen ist rein reaktiv, im besten Fall proaktiv, aber noch nicht präventiv. Hierbei liegt der Fokus liegt auf der Minimierung von Produktionsverlusten und unerwarteten Anlagenstillständen.

Projektverlauf

Die heterogenen Datenströme werden mittels dezentralem Edge-Device vorverarbeitet und abgespeichert. Mithilfe der Daten werden in einer Offline-Umgebung zuerst Machine Learning Algorithmen entwickelt und anschließend trainiert. Anhand von Validierungsdatensätzen wird die Effizienz des Algorithmus physikalisch basierenden Algorithmen gegenübergestellt.

Meilensteine

  1. Aufbau einer Plattform zur Datenerzeugung, -bereitstellung und -auswertung
  2. Optimierung des Blattheizungsbetriebs anhand physikalischer Modelle
  3. Entwicklung und Anwendung von Machine Learning Methoden
  4. Bewertung und Kombination der entwickelten Algorithmen (Hybridmodellierung)
  5. Validierung und Echtzeitimplementierung der entwickelten (Hybrid)Algorithmen

"Unerwartete Stillstandszeiten einer Windkraftanlage aufgrund von Rotorblattvereisung bringen neben Produktionsverlusten auch zusätzliche Belastungen für das Stromnetz. Durch den intelligenten präventiven Betrieb der Rotorblattheizung kann das Stromnetz entlastet und die Produktion stabilisiert werden."

– Thomas Burchhart –

Ergebnisse

Das Ergebnis der Gegenüberstellung ist ein optimaler Algorithmus der als Proof-of-Concept auf dem Edge-Device echtzeitfähig implementiert und anhand von Forschungsturbinen validiert wird.

Steckbrief