Ertragsoptimierung und Validierung

Welche Maßnahmen zur Ertragsoptimierung an Windkraftanlagen lohnen sich wirklich? Welche Steigerung der Jahresenergielieferung kann nach der Optimierung in der Praxis (nach der Bereinigung des schwankenden Windangebots) erwartet werden?

Das sind die Fragen, die für unsere Kunden wichtig sind. Zur Beantwortung bieten wir unseren Kunden eine unabhängige Validierung mit standortspezifischen Big-Data Softwarelösungen sowie eine Datenbank mit anonymisierten Validierungsergebnissen aus unseren Referenzprojekten an.

Vor der Datenanalyse werden die Betriebsdaten der WEA sorgfältig geprüft und aufbereitet, um die Einflüsse von Luftdichteschwankungen, Schwankungen der Turbulenzintensität, Nachlaufströmungen benachbarter WEA, Änderungen der Gondelausrichtungsoffsets und der Anemometertransferfunktion auf das Optimierungsergebnis berücksichtigen zu können.

Die parallele Anwendung verschiedener, voneinander unabhängiger Analysemethoden (Programmierung in python und VBA) ermöglicht es uns, die Analyseresultate gegenzuprüfen. Derzeit verwenden wir folgende Analyseverfahren:

1. Interner ex/post Vergleich an Einzelanlagen:

2. Power-to-Power Vergleiche mit benachbarten Referenzanlagen:

3. Toggle Analyse: Die optimierte Steuerung wird in kurzen Abständen angeschaltet bzw. ausgeschaltet.

4a. Machine Learning-Analyse, 1. Schritt: Das ML-Modell wird mithilfe von neuronalen Netzen und Betriebsdaten der WEA vor der Optimierung erstellt.

4b. Machine Learning-Analyse, 2. Schritt: Das trainierte ML-Modell wird dazu verwendet, den Anlagenbetrieb ohne Optimierung zu simulieren. Die Simulationsergebnisse werden mit dem tatsächlichen Ertrag der WEA nach der Optimierung verglichen.

Nach der Hersteller-unabhängigen Validierung der Ertragsoptimierungsmaßnahmen erhalten unsere Kunden auf Wunsch einen Validierungsbericht zur internen und externen Kommunikation der Ergebnisse sowie weitergehende Unterstützung bei der Optimierung des gesamten Windparkportfolios.

Im Anlagenbestand kann eine Ertragsoptimierung oftmals in den folgenden Bereichen realisiert werden:

Azimutsteuerung
Die Azimutsteuerung hat die Aufgabe, die Gondel schnell und präzise ausgerichtet in den Wind zu drehen. Selbst bei renommierten Anlagen-Herstellern ist jedoch nicht immer eine optimale Funktion der Steuerung gewährleistet, hier gibt es also Optimierungspotenzial.

Pitchregelung
Die Pitchregelung der Rotorblätter sorgt dafür, dass die Rotorblätter immer im optimalen Winkel zur Windanströmung stehen. In der Praxis gibt es hier leider oft gravierende Defizite. Und damit lukrative Optimierungsmöglichkeiten mit Softwareupdates.

Rotorblätter
Das aerodynamische Profil der Rotorblätter sollte so beschaffen sein, dass ein maximaler Anteil der im Wind enthaltenen Energie in die Bewegung des Rotors umgesetzt wird. Durch aerodynamische Modifikationen kann der Wirkungsgrad von Windenergieanlagen mit suboptimalem Rotorblattprofil erhöht werden.

Parkoptimierung
Bei der derzeit üblichen Anlagensteuerung wird die Produktion der Einzelanlagen optimiert (Greedy Control), ohne jedoch den Einfluss der Nachlaufströmung auf die Nachbaranlagen zu berücksichtigen. Durch die Ablenkung der Nachlaufströmungen in der vordersten  WEA-Reihe über Azimutoffsets oder sinusförmige Bewegungen der Pitchwinkel konnten in Windkanalversuchen bzw. Modellierungen Wakeverlust reduziert und der Gesamtertrag des Windparks gesteigert werden. Optimierungen über Azimuoffsets werden inzwischen auch kommerziell angeboten.

Genehmigung
Genehmigungsbedingte Stillstände von Windkraftanlagen verursachen teilweise beträchtliche Ertragsausfälle:
• Auflagen zu den Schall- und Schattenemissionen der WEA
• Auflagen zum Eiswurf
• Auflagen zum Artenschutz (Vögel und Fledermäuse)
• Auflagen zur Reduzierung der Turbulenzbelastung der WEA (Sektormanagement).

Für alle hier aufgeführten Auflagen gibt es Optionen zur Verringerung der Ertragsverluste, die im Einklang mit den Genehmigungsbedingungen stehen.