Neues Service-Angebot optimiert Betrieb von Windenergieanlagen

Die technische Verfügbarkeit von Windenergieanlagen kontinuierlich auf einem hohen Niveau zu halten, ist keine einfache Aufgabe. Nach wie vor werden viele betriebliche Probleme nicht rechtzeitig erkannt. STEAG Energy Services möchte das mit dem WINDcenter ändern. Die ew-Redaktion sprach mit Fabio Wagner, Leiter des WINDcenters, über die Ziele, aber auch über die Besonderheiten eines herstellerunabhängigen Serviceangebots für Windenergieanlagen.

Herr Wagner, welche Erfahrungen hat STEAG Energy Services im Bereich der Windenergie?

STEAG Energy Services unterstützt seine Kunden als internationaler Dienstleister bei der Projektierung und Realisierung von Windparks: angefangen mit der Planung, den Genehmigungen, über die Verhandlungen mit den Anlagenherstellern bis zur Leitung der Bauüberwachung. Darüber hinaus bietet das Unternehmen Unterstützung bei der Betriebsführung von Windparks, sodass wir über fundierte Erfahrungen aus vielen unterschiedlichen Windenergieprojekten verfügen – und zwar weltweit. Wir sind in Brasilien führend im Bereich der Betriebsführung von Windparks und haben dort eine Gesamtleistung von mehr als 1 GW unter Vertrag. Wir betreiben beispielsweise die Windparks Assuruá (234 MW), Itarema (207 MW) und Gestamp (234 MW). Auch in Indien haben wir umfassende Erfahrungen im Bereich der Betriebsführung und Instandhaltung von Windparks gesammelt.

Mit dem WINDcenter bieten Sie ein herstellerunabhängiges Lösungspaket für das Monitoring und die Optimierung von Windparks an. Was sind die Bestandteile des Pakets?

Das Angebot basiert auf unseren bewährten IT-Systemen SI/PAM, SR::x und SR::SPC. Mit dem Betriebsführungssystem SI/PAM decken wir den gesamten Bereich der Betriebsführung und des Instandhaltungsmanagements von Windparks ab. Mit dem Datenmanagementsystem SR::x sammeln, speichern und visualisieren wir die Betriebsdaten der Windenergieanlagen. Zur Früherkennung von Änderungen des Betriebsverhaltens der Anlage analysiert SR::SPC die Daten aus SR::x anhand von High-Quality Key Performance Indicators (KPI). Bei Auffälligkeiten führen die Experten des WINDcenters eine detaillierte Fehler-Ursachen-Analyse (Root Cause Analysis) durch und geben gezielte Handlungsempfehlungen zur Behebung des Problems.

Bei einem im Jahr 2014 in Betrieb gegangenen Windpark generierte das IT-System im November 2014 eine Meldung, aus der zunächst hervorging, dass die Temperatur der Generatorwicklung höher war als erwartet, aber noch unterhalb der vom Hersteller definierten Scada-Alarmschwelle lag.

Fabio Wagner demonstriert, wie die Lösung funktioniert: Bei relevanten Abweichungen vom Referenzwert löst das System automatisch eine Alarmmeldung aus. Hierbei orientiert es sich nicht an festgelegten Grenzwerten oder Alarmschwellen im Prozessleitsystem, CMS oder Scada-System, sondern am tatsächlichen Verhalten einer Windenergieanlage unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsbedingungen.

Können Sie die Funktionsweise des Systems genauer darstellen?

Die erwähnten Key Performance Indicators werden für jede Anlage durch unsere Experten konfiguriert. Wichtig ist hierbei die Auswahl geeigneter Parameter einer Windenergieanlage hinsichtlich des zu überwachenden Prozesses. Aus den vorhandenen Daten lernt unser System, wie diese Parameter zueinander korrelieren. So generiert es einen Referenzwert für den als »gut« definierten Betriebszustand, der mit dem aktuellen Messwert verglichen wird. Bei relevanten Abweichungen vom Referenzwert löst das System automatisch eine Alarmmeldung aus. Unser System orientiert sich somit nicht an festgelegten Grenzwerten oder Alarmschwellen im Prozessleitsystem, im Condition-Monitoring-System (CMS) oder im Scada-System, sondern am tatsächlichen Verhalten einer Anlage unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsbedingungen.

Können Sie hierzu Beispiele aus der Praxis nennen?

Eine ganze Reihe, hier ein konkreter Fall: Bei einem im Jahr 2014 in Betrieb gegangenen Windpark generierte unser IT-System im November 2014 eine Meldung, aus der zunächst hervorging, dass die Temperatur der Generatorwicklung höher war als erwartet, aber noch unterhalb der vom Hersteller definierten Scada-Alarmschwelle lag (Bild 1). Die Meldung kam direkt nach der Wiederaufnahme des Betriebs der Windenergieanlage nach einem Anlagenstopp. Wann immer wir solche Meldungen erhalten, stellen wir alle damit zusammenhängenden Einflussfaktoren in der SR::x-Visualisierung graphisch dar, um Abhängigkeiten erkennen und Korrelationen bilden zu können. Die weitere Analyse zeigte, dass kein Anstieg der Kühlwassertemperatur vorlag. Vielmehr wurde deutlich, dass sich der Kühlwasserdruck erhöht hatte (Bild 2). Darüber hinaus erkannten wir in diesem Zusammenhang, dass der absolute Wert des Kühlwasserdrucks auch im Vergleich zu den anderen Anlagen im Windpark angestiegen war. Als Ursache identifizierten wir schließlich einen verstopften Filter des Kühlwassersystems und empfahlen, diesen auszutauschen beziehungsweise zu säubern.

Die weitere Analyse zeigte, dass kein Anstieg der Kühlwassertemperatur vorlag, sondern sich der Kühlwasserdruck erhöht hatte. Als Ursache wurde schließlich ein verstopfter Filter des Kühlwassersystems identifiziert und wenig später empfohlen, diesen auszutauschen beziehungsweise zu säubern.

Die Ursache des Schadens hätte die Software des Anlagenherstellers nicht erkannt?

Nein, ein konventionelles Condition-Monitoring-System hätte zu diesem Zeitpunkt noch nicht einmal den Temperaturanstieg der Generatorwicklung erkannt. Das Scada-System der Windenergieanlage gab zwar eine Fehlermeldung aus, als die Wicklungstemperatur die Scada-Alarmgrenze des Systems erreichte. Dies geschah jedoch erst zehn Tage nachdem wir bereits die Alarmmeldung von unserem System erhalten hatten. Das Scada-System hat als Reaktion auf die erhöhte Wicklungstemperatur die Windenergieanlage so lange abgeschaltet, bis die Temperatur wieder auf ein unkritisches Niveau gesunken war. Dieser Vorgang wiederholte sich mehrfach (Bild 3). Die Produktionsverluste beliefen sich deshalb insgesamt auf rund 75 MWh. Außerdem wurde die Generatorwicklung höchstwahrscheinlich aufgrund der späteren Scada-Alarmierung und der wiederholten Anfahrprozesse geschädigt. Die Lebenszeit des Generators könnte sich dadurch verkürzen.

Wie würden Sie die Vorteile Ihres Angebots für Betreiber von Windparks zusammenfassen?

Mit unseren IT-Lösungen sind wir in der Lage, eine große Menge an Prozessdaten zu überwachen. Bei Veränderungen im Betriebsverhalten einer Anlage können wir schnell reagieren, während durch die qualifizierte Analyse von Scada- und CMS-Daten nur relevante Warn- oder Alarmmeldungen ausgegeben werden. Da unsere Experten die Daten unter Einbeziehung aller Einflussgrößen für jede spezifische Alarmmeldung auswerten, identifizieren wir sehr gezielt die Ursache für ein Problem oder eine Änderung im Betriebsverhalten. Außerdem können wir mit unseren Lösungen sehr früh erkennen, wann eine Anlage nicht mehr imstande ist, das zu leisten, was sie eigentlich leisten sollte.

Das Scada-System schaltete als Reaktion auf die erhöhte Wicklungstemperatur die Windenergieanlage so lange ab, bis die Temperatur wieder auf ein unkritisches Niveau gesunken war. Dieser Vorgang wiederholte sich mehrfach, sodass sich die Produktionsverluste insgesamt auf rund 75 MWh summierten.

Haben die genannten Vorteile auch Auswirkungen auf die Instandhaltung von Windenergieanlagen?

Selbstverständlich. Mit dem WINDcenter lässt sich eine prädiktive und somit zustandsbasierte Strategie umsetzen. Hierdurch werden nicht nur die Stillstandszeiten von Anlagen reduziert, sondern auch zusätzliche Kosten für ungeplante Serviceeinsätze oder für die Behebung von Folgeschäden vermieden. Vor diesem Hintergrund ist das WINDcenter vor allem für Offshore-Windparks interessant, da mit der Früherkennung von möglichen technischen Problemen Serviceeinsätze rechtzeitig und vor allem deutlich besser und kostengünstiger geplant werden können. Dies gilt von der Ersatzteilverfügbarkeit bis zur gesamten Logistik.

Wie reagiert die Branche auf Ihr Angebot?

Die Reaktionen sind überaus vielversprechend, auch, weil wir einen herstellerunabhängigen Service anbieten. Ein erfahrener Windparkbetreiber kann unsere IT-Systeme direkt einsetzen. Hier sind wir offen für viele unterschiedliche Konstellationen. Aus diesem Grund werden unsere Lösungen weltweit in Windparks mit einer Gesamtleistung von 1,3 GW genutzt. Das zeigt uns, dass wir auf dem richtigen Weg sind.