Energiegewinnung durch Windkraft

Bereits seit dem Altertum nutzt der Mensch die Windkraft 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. Dabei ist die mit Abstand geläufigste Bauform der dreiblättrige Auftriebsläufer mit Achse und Rotor. Windkraftanlagen eignen sich zum Einsatz in allen 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. Hierbei lässt sich generell festhalten, dass Stromentstehungskosten von Windenergieanlagen im Regelfall günstiger sind als Stromentstehungskosten neuer Kohle- oder Kernkraftwerke.

Ein neuer Trend in der Windkraftbranche ist Condition Monitoring (Zustandsüberwachung). Dabei beschreibt der Begriff 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 der Windenergie steigt zeitgleich auch das Interesse an effizienzsteigernden Produktlösungen. Hierbei sind Innovationen aus dem Bereich der Automatisierung gefragt, die sowohl die verbrauchte als auch die erzeugte Energiemenge ermitteln und abgleichen. Diese Art der Zustandsüberwachung erfolgt über ein Condition Monitoring System und ermöglicht die flexible Zu- und Abschaltung der Anlagen. Damit ist Condition Monitoring ein wesentlicher Baustein für den flexiblen und Kosten effizienten 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 Hardware für Windkraft sind hochmoderne, intelligente Strommesswandler an Anlage und Netzeinspeisepunkt. Diese helfen bei der Zusammenschaltung mehrerer Windenergieanlagen oder gar ganzer Parks. Die Grundlage des Condition Monitorings bilden Automatisierungslösungen mit entsprechender Sensorik zur Automatisierung von Windkraftanlagen. Dabei erfassen und verarbeiten diese 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. Sollten sich die Wetterbedingungen ändern sorgen sich automatisch einschaltende Anti Icing Systeme für die Rotorblätter von Windenergieanlagen 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 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 die Automatisierung der Windkraftanlagen nicht nur den Lebenszyklus der Anlage, sondern reduziert auch die Betriebskosten. Eine der Herausforderungen für ein Condition Monitoring System im Bereich der Windkraft 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 für Windparks

Nur langsam hält die Automatisierung Einzug in die Produktion von Windparks, 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.

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. Dabei basiert Open Source 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. Hierbei überzeugen insbesondere in Entwicklungsländern Kleinwindanlagen in Regionen fernab des Stromnetzes mit ihren zahlreichen positiven Effekten. Vor allem, da Strom u.a. Voraussetzung für die Kühlung von Medikamenten ist und die Bereitstellung von Bildungsangeboten über das Internet erfolgt.

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 AXIOMTEK 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. Hierbei sorgen das ICO120-83D und das ICO300-83B als Industrial Internet of Things Gateways für ausreichend Rechenleistung. Dahingegen eignet sich der P1157E-500 zur Verwendung als Steuereinheit. In diesem Zusammenhang ebenfalls erwähnenswert sind die Media Converter und Industrial Ethernet Switches des AXIOMTEK Partners EtherWAN.

ICO120-83D

Robustes DIN-Rail lüfterloses Embedded System mit Intel® Celeron® Prozessor N3350, COM oder CAN, 2 LAN, 2 USB und DIO

ICO300-83B

Robustes DIN-Rail lüfterloses Embedded System mit Intel® Celeron® Prozessor N3350/ Pentium® Prozessor N4200, isoliertes COM, LAN und DIO

P1157E-500

15″ XGA TFT erweiterbarer Industrial Touch Panel Computer mit 7th/6th Gen Intel® Core™ i7/i5/i3, Celeron® & Pentium® Prozessor und PCI/PCIe Slot