Motivation
Um die Energiewende in Deutschland voranzutreiben, müssen mehr Windenergieanlagen (WEA) errichtet und betrieben werden. Ein wichtiger Faktor beim Betrieb von WEA ist die Cost-of-Energy (COE), also das Verhältnis von Gesamtkosten zur Jahresenergielieferung. Um den COE zu verringern, steigen die Nennleistungen und damit die Nabenhöhen sowie die Rotordurchmesser moderner WEA stetig an. Damit einher gehen auch höhere Anforderungen an die Struktur und den Aufbau der Anlagen. Um die Lebensdauer moderner WEA zu erhöhen, muss die Last auf Rotor und Turm der Anlagen reduziert werden. Aus diesem Grund werden lastreduzierende Regelungs- und Schätzverfahren erforscht. Verfahren auf Basis mathematischer Modelle ermöglichen es, nicht direkt messbare Betriebsgrößen zu schätzen und das zukünftige Anlagenverhalten vorherzusagen, um regelungstechnisch eingreifen zu können. Die üblicherweise verwendeten Modelle weisen jedoch teils große Unsicherheiten auf, und die Unterschiede zwischen Simulation und Realität sind teilweise erheblich. Daher soll im Rahmen des Verbundvorhabens IntelliWind der Einsatz von datengetriebenen Verfahren der Künstlichen Intelligenz (KI) untersucht werden.
Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist es, zu erforschen, wie sich KI-Verfahren zur Entwicklung schwer modellierbarer (statischer und dynamischer) nichtlinearer Teilmodelle und Modellparameter von WEA einsetzen lassen. Dabei sollen sich die KI-Modelle online mit den real verfügbaren Sensoren verbinden und so stetig das Regelungssystem optimieren. Aufgrund der ähnlichen Struktur von WEA lässt sich der entwickelte Modellierungsansatz leicht auf verschiedene Anlagen übertragen. Die neuartigen KI-basierten Modellierungsmethoden sollen dabei mit klassischen regelungstechnischen Algorithmen zur Zustandsschätzung und mit der modellbasierten prädiktiven Regelung kombiniert werden. Damit soll die Nutzung von anpassbaren, lastreduzierenden Regelungssystemen ermöglicht werden. Allein durch die Anpassung der zur Steuerung verwendeten Software kann die Lebensdauer einer WEA verlängert werden. So können bestehende Anlagen deutlich wirtschaftlicher betrieben und neue Anlagen „schlanker“ ausgelegt werden.
Innovationen und Perspektiven
Mit den im Vorhaben angestrebten Ergebnissen können die Projektpartner ihre nationale und internationale Position im Bereich der Windenergieanlagenregelung stärken und ausbauen. Durch niedrigere Stromgestehungskosten werden insbesondere deutsche Unternehmen im Bereich der Windenergie (OEMs, Zulieferer, Betreiber, Netzanbieter usw.) im internationalen Wettbewerb gestärkt. Zudem leistet das Vorhaben einen Beitrag zum Erfolg der Energiewende und zur Reduzierung von CO₂.