Illustration: Absmeier – David Will
Das Jahr 2022 war in vielerlei Hinsicht ein Wendepunkt. Wie abhängig Deutschland von Energie aus dem Ausland ist und welche Fallstricke dies birgt, wurde deutlich wie nie zuvor. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass der Energiebedarf stetig steigt, müssen vor allem grüne Erzeuger weiter ausgebaut werden. Im Bereich der erneuerbaren Energien ist das Potenzial der Offshore-Windkraft noch bei weitem nicht ausgeschöpft. Durch die hohen Windgeschwindigkeiten auf See generieren Offshore-Windkraftanlagen beinahe doppelt so viel Strom, wie Anlagen mit vergleichbarer Größe an Land. Sie sind daher ein zentrales Element bei der Energiewende, um ausreichend Strom zu generieren und den Bedarf der Industrie und Haushalte zu decken. Mit dem neuen Windenergie-auf-See-Gesetz forciert die Bundesregierung den Ausbau der Offshore-Windenergie auf eine Leistung von mindestens 70 Gigawatt bis 2045 [1].
Für die Erreichung dieses ambitionierten Ziels müssen die Kapazitäten von der Planung bis zur Umsetzung ausgebaut werden. Zu den Bedarfen gehört auch eine funktionierende, stabile IT-Infrastruktur, ohne die der Betrieb der Offshore-Windkraftanlagen nicht möglich ist. Der Grund: Die deutschen Offshore-Windkraftanlagen sind weit vom Festland entfernt und größtenteils unbemannt. Statt manueller Steuerung vor Ort kommen hier Automatisierungs- und Fernwartungssysteme zum Einsatz. So können die Anlagen vom Festland aus kontrolliert und bei Bedarf gewartet werden.
Besondere Anforderungen an das Material
Der Betrieb und die Instandhaltung von Windkraftanlagen im Wasser sind herausfordernd. Die Anlagen werden durch das Meer permanent Korrosion und hohen meteorologischen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend müssen die Strukturen und das Fundament regelmäßig kontrolliert und instandgehalten werden, um beispielsweise Risse an den Fugen schnell zu erkennen. Dies ermöglicht Predictive Maintenance, also vorausschauende Wartung. In den Anlagen wird mithilfe von Datenpunkten die Nutzung der Anlagenbestandteile gemessen, wodurch ihr Verschleiß eingeschätzt werden kann. Ersatzteile können dank dieser Informationen bereits bestellt werden, während die alten Teile noch funktionstüchtig sind. So werden Betriebsausfällen durch unvorhergesehene Defekte oder lange Lieferzeiten vorgebeugt. Gleichzeitig werden die Bauteile erst bei Bedarf ersetzt, wodurch keine unnötigen Kosten durch zu frühe Wartungen entstehen.
Vermeidung langer Anfahrtswege durch Fernwartung
Die deutschen Offshore-Windkraftanlagen befinden sich an Stellen im Meer mit 40 Metern Wassertiefe und sind damit weit von der Küste entfernt. Die Service-Teams müssen oft Anfahrten von mehreren Bootsstunden zu den Reparaturstellen zurücklegen und sind abhängig vom Seegang. Durch die damit verbundenen langen Einsatzzeiten und die hohe Beanspruchung der Teams sind solche Einsätze sehr teuer – das macht die Wartungskosten von Offshore-Windkraftanlagen um ein Vielfaches höher als bei vergleichbar großen Anlagen auf dem Festland. Außerdem dauert es bei Betriebsstörungen oder Notfällen länger, bis die Reparatur durchgeführt werden kann. Bei Stillstand der Anlagen verlieren die Investoren schnell hohe Erträge. Dementsprechend ist hier eine gut funktionierende Automatisierungs- und Fernwartungsplattform wichtig, um den Betrieb und Wartungsmaßnahmen bestmöglich vom Festland vorbereiten zu können. Durch zuverlässige Anlagen und detaillierte Service- und Wartungskonzepte können Herausforderungen aus der Ferne früh erkannt und damit Ausfällen vorgebeugt werden. Dies spart Kosten und erhöht die Verfügbarkeit der Windkraftanlage.
Eine strukturierte Visualisierung der gesammelten Daten schafft eine schnelle Übersicht der produzierten Leistung und Auslastung jeder einzelner Windkraftanlage. Quelle: Copa-Data
Beobachtung und Steuerung
Auf einer Offshore Windkraftanlage können über 1.000 Datenpunkte erfasst werden, die an Land ausgewertet werden. Durch die Flexibilität von zenon können diese in einer Anwendung erfasst, überwacht und gesteuert werden. Vom Monitoring der generierten Energiemenge, über die Steuerung der Rotorblätter bis hin zur Überwachung der Offshore-Plattformen und Steuerung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung werden verschiedene Disziplinen in einer Lösung orchestriert. zenon unterstützt alle wichtigen Kommunikationsstandards der Energiebranche, einschließlich IEC 60870-101/104 und IEC 61850. Ein Zweitsystem ist damit nicht nötig. Für die Betreiber der Anlagen senkt dies die Einarbeitungszeit der Mitarbeiter und die Fehleranfälligkeit. Die verschlüsselte Netzwerkkommunikation schützt vor Datenverlust und unberechtigten Zugriffen.
Überblick über den Windpark und die meteorologischen Bedingungen vor Ort. Quelle: Copa-Data
Ein wichtiger Schritt in die Zukunft
Etliche Länder bauen ihre Offshore-Windkraftanlagen aus, um ihre Klimaziele zu erreichen. Bei der Realisierung kann sich die Branche heute auf die Erfahrungen von früheren Projekten stützen. Große Vorhaben auf See können jetzt wesentlich schneller umgesetzt werden. Eine Konverter-Station kann mittlerweile mehrere Windparks ans Netz koppeln und die Standardisierung von Plattformen schreitet weiter fort. Neben dem technischen Fortschritt ist auch eine stärkere Verzahnung aller Beteiligten entlang der Wertschöpfungskette erforderlich, von den Produzenten für Offshore-Windenergie-Technologien, über die Übertragungsnetzbetreiber und Servicedienstleister bis zu den Behörden, die hafennahe Flächen per Ausschreibungsverfahren vergeben.
Kompetenter Partner in der Energiewende
COPA-DATA gehört zu den Vorreitern der Prozessdigitalisierung bei der Gewinnung von erneuerbaren Energien. Von der Überwachung von Photovoltaik- und Windkraftanlagen bis hin zur Steuerung der Einspeisung des Stroms in das Netz stellt COPA-DATA flexible Lösungen zur Verfügung. Damit hilft COPA-DATA seinen Kunden dabei, die Gewinnung erneuerbarer Energien so effizient und benutzerfreundlich wie möglich zu gestalten.