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Hardware für Windkraftanlagen

Energiegewinnung aus der Umwelt

Bereits seit dem Altertum nutzt der Mensch die Windenkraft zur Energiegewinnung.

Während sie in der Vergangenheit beispielsweise beim Betrieb von Windmühlen oder beim Antrieb von Segelschiffen genutzt wurde, liegt heute das Hauptaugenmerk auf der Stromerzeugung. Windkraftanlagen oder Windenergieanlagen wandeln Windenergie in elektrische Energie um und speisen diese direkt in ein Stromnetz ein. Die mit Abstand geläufigste Bauform dabei ist der dreiblättrige Auftriebsläufer mit Achse und Rotor. Windkraftanlagen eignen sich zum Einsatz in allen Klimazonen, denn 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. Jedoch lässt sich generell festhalten, dass Stromgestehungskosten von Windenergieanlagen im Regelfall günstiger sind als 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 und wegbereitender Hardware- Produktlösungen. Deren Einsatz verbessert Betrieb und Wartung. Aufgrund des anhaltenden Wachstums und der damit einhergehenden Industrialisierung in der Windenergie steigt zeitgleich auch das Interesse an effizienzsteigernden Produktlösungen.

Gefragt sind Innovationen aus dem Bereich der Automatisierung, die sowohl die verbrauchte als auch die erzeugte Energiemenge ermitteln und abgleichen. Diese Art der Zustandsüberwachung erfolgt über ein Condition Monitoring System zum Windkraftanlagen Automatisieren und 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 wichtiges Thema im Bereich der Hardware für Windkraftanlagen sind hochmoderne, intelligente Strommesswandler an Anlage und Netzeinspeisepunkt, denn sie helfen bei der Zusammenschaltung mehrerer Windenergieanlagen oder gar ganzer Parks. Die Grundlage des Condition Monitorings bilden Automatisierungslösungen mit entsprechender Sensorik zum Windkraftanlagen Automatisieren. 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.

Zu den zur Kommunikation befähigten Überwachungsfunktionen für Onshore- und Offshore-Anlagen zählen neben dem Anti Icing, auch das Monitoring der Netzqualität, das Blatt- und Schraubenmonitoring sowie die 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, denn durch diese erkennt der Betreiber der Anlage zeitnah mögliche Rissbildungen oder Schäden durch Lasten an Getriebe oder Schrauben. Damit steigert das Windkraftanlagen Automatisieren nicht nur den Lebenszyklus der Anlage, sondern reduziert auch die Betriebskosten. Eine der Herausforderungen für ein Condition Monitoring System im Bereich der Windenergie sind die auf die Technik wirkenden Umwelteinflüsse. Schock und Luftfeuchtigkeit zum Beispiel spielen in diesem Zusammenhang ebenso eine Rolle wie das Salz in der Luft im Offshore-Bereich.

Hohe Produktionsvorteile

Nur langsam hält die Automatisierung Einzug in die Produktion von Windenergieanlagen, denn 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 Einführung der Fließfertigung in der Rotorblattproduktion erzielen Unternehmen der industriellen und weiterverarbeitenden Branche nicht selten einen Produktivitätsvorteil zwischen 6 und 7 Prozent, denn 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 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, denn insbesondere in Entwicklungsländern überzeugen Kleinwindanlagen in Regionen fernab des Stromnetzes mit ihren zahlreichen positiven Effekten, denn Strom ist u.a. Voraussetzung für die Kühlung von Medikamenten und die Bereitstellung von Bildungsangeboten über das Internet.

Hardware zur effizienteren und intelligenteren Energieverwaltung

Digitalisierung und Automatisierung 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. Denn 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 die AXIOMTEK 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.

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Ansprechpartner Alexander Appel

Alexander Appel

Vertriebsingenieur (M.Sc.)

Telefon+49 217 33 99 36 - 0

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