Projekt 20182/01

Entwicklung eines EDV-basierten Verfahrens zur Entscheidungsunterstützung bei einer ökologisch-ökonomisch optimierten Instandhaltung und Modernisierung von Windkraftanlagen

Projektdurchführung

Zentrum für Energie- und Umwelttechnik (ZEUT)Wismar e. V.Projektgruppe Rostock
Freiligrathstr. 3
18055 Rostock

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen (WKA) verringert sich als Folge des Schädigungsprozesses mit wachsender Nutzungsdauer. Gleichzeitig unterliegen diese infolge des technischen Fortschrittes einer technischen Veraltung. Trotz dieser Entwicklung wird von den WKA unabhängig von ihrem Alter eine dem Niveau vergleichbarer Neuanlagen entsprechende Effizienz der Energieerzeugung, technischen Verfügbarkeit und Betriebssicherheit gefordert. Ziel ist hierbei die Maximierung des mit der Anlage innerhalb eines vorgegebenen Nutzungsdauerintervalls erwirtschafteten Gewinns bei gleichzeitiger Minimierung der energiemengenspezifischen Umweltlasten. Instrumentarien zur Gestaltung einer auf diese Zielsetzung ausgerichteten ökologisch-ökonomisch optimierten Langzeitnutzung von WKA sind gegenwärtig nicht bekannt. Im Mittelpunkt des Vorhabens stand deshalb das Entwickeln eines EDV-basierten Verfahrens zur Entscheidungsunterstützung bei der Gestaltung einer ökologisch-ökonomisch optimierten Instandhaltung und Modernisierung von WKA. Hierbei wurde die Erneuerung der WKA als Alternative zur Instandsetzung/Modernisierung betrachtet und in die Optimierung einbezogen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAusgangspunkt der Projektbearbeitung war eine Auflistung häufiger Instandsetzungs- und Modernisierungsmaßnahmen von WKA. Anschließend erfolgte eine Analyse und Modellierung der mit diesen Maßnahmen sowie einer Anlagenerneuerung verbundenen wirtschaftlich-ökologischen Aufwendungen und Nutzeffekte. Die hierzu erforderlichen Arbeitsschritte wurden hinsichtlich ihres Inhaltes und ihrer Abfolge optimiert und zu einem allgemein anwendbaren Software-Tool RepowerSoft für das Gestalten wirtschaftlich-ökologisch optimierter Instandsetzungs-, Modernisierungs- und Erneuerungsmaßnahmen (Repower-Konzepte) für WKA zusammengestellt. Das Software-Tool wurde rechentechnisch umgesetzt und hinsichtlich seiner Plausibilität und Funktionalität getestet. Es steht als Prototyp für die weitere Evaluie-rung im Praxiseinsatz bereit.


Ergebnisse und Diskussion

Das Vorhaben leistete einen Beitrag zur Gestaltung ökologisch-ökonomisch optimierter Repower-Konzepte für die Langzeitnutzung von WKA unter besonderer Berücksichtigung ihrer Instandsetzung und Modernisierung. Wesentliches Arbeitsergebnis ist die Entwicklung eines unabhängig von der Bauweise und den Einsatzbedingungen der WKA allgemein anwendbaren Lösungsansatzes zur Gestaltung anlagen- und standortspezifisch optimierter Repower-Konzepte für WKA. Der Lösungsansatz wurde rechentechnisch umgesetzt und steht als Softwarewerkzeug RepowerSoft (Prototyp) zur Verfügung.
Er stellt die wirtschaftlichen und ökologischen Zusammenhänge beim Optimieren von Nutzungskonzepten in transparenter Weise dar und erleichtert vor allem WKA-Betreibern und Serviceunternehmen das Gestalten einer effizienten technischen und wirtschaftlichen Betriebsführung. Der Neuheitswert von RepowerSoft wird durch eine detaillierte Modellierung der wirtschaftlich-ökologischen Effekte von Instandsetzungs- und Modernisierungsmaßnahmen unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Einflussparametern bestimmt. Diese Herangehensweise eröffnet deutlich verbesserte Möglichkeiten zur Entwicklung ökologisch-ökonomisch optimierter Repower-Konzepte und charakterisiert RepowerSoft als leistungsfähiges Software-Instrument für das Gestalten eines optimierten Repowering von WKA.
Plausibilität und Funktionalität der Software wurde durch Testrechnungen nachgewiesen. Die Ergebnisse der bisherigen Erprobung zeigen, dass mit Hilfe des Lösungsansatzes eine Objektivierung der Entscheidungen zu Art und Zeitpunkt von Instandhaltungs- und Modernisierungsmaßnahmen sowie einer Anlagenerneuerung erreicht werden kann. Dies unterstützt das Optimieren von Repower-Konzepten und führt zu einer Erhöhung der technischen Verfügbarkeit sowie der erzeugten Energiemenge. Darüber hinaus wird eine Senkung der spezifischen Energiekosten und Umweltbelastung erreicht. Die Evaluierung von RepowerSoft durch eine Breitenerprobung war nicht Inhalt des Projektes und bleibt weiterführenden Untersuchungen vorbehalten.
Derartige Untersuchungen sollten auf folgende Problemfelder gerichtet sein:
- Durchführung von Instandsetzungs- und Modernisierungsmaßnahmen und deren ökologisch-wirtschaftlich effiziente Einordnung in den Lebenszyklus von WKA mit Hilfe von RepowerSoft;
- Ermittlung des ökologisch-ökonomischen Nutzeffektes der Maßnahmen und Breitenerprobung von RepowerSoft;
- Ableiten allgemein anwendbarer Empfehlungen zur ökologisch-ökonomisch effizienten Einordnung von Instandhaltungs- und Modernisierungsmaßnahmen in den Lebenszyklus von WKA;
- Entwicklung von Hilfeassistenten zur
- automatisierten Generierung und Eingabe der zur Lösung häufig auftretender Optimierungsaufgaben benötigten Eingabedaten (z. B. Variieren und Eingeben bestimmter Parameterwerte) und
- nutzergerechten Ergebnisdarstellung;
- Weiterentwicklung des Lösungsansatzes zu einer Multi-User-Version;
Identifizieren weiterer Anwendungsgebiete von RepowerSoft außerhalb der Windkraftbranche (z. B. wirtschaftlich-ökologische Optimierung von Servicekonzepten bei der Nutzung anderer regenerativer Energien, Entwicklung von Konzepten zur Langzeitnutzung anderer maschinenbaulicher Erzeugnisse).


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Informationen über das Vorhaben sowie die Arbeitsergebnisse werden in der Homepage des ZEUT, Projektgruppe Rostock (http.//www.zeut.de), veröffentlicht.Das Software-Tool sowie eine Softwaredokumentation stehen auf einer Demo-CD zur Verfügung. Eine über dieses Informationsangebot hinausgehende Unterstützung bei der Nutzung des Lösungsansatzes wird im Rahmen von Beratungsleistungen angeboten. Veröffentlichungen und Vorträge befinden sich in Vorbereitung.