Windkraftanlagen Europäische Hersteller beherrschen den Markt

Ohne moderne Steuerungstechnik geht in Windkraftanlagen nichts mehr.

Trotz der weltweiten Wirtschafts- und Finanzkrise setzte sich der Boom der Windkraft auch im Jahr 2009 fort: Innerhalb der EU hatte sie einen Anteil von 39 Prozent - den weitaus größten aller Energiequellen - an den Investitionen in neue Energieerzeugungsanlagen. Angesichts dessen überrascht es nicht, dass die Windenergiebranche auch für Hersteller elektronischer Steuerungstechnik als Zielmarkt attraktiv ist. Marktführer ist hier Bachmann electronic; chinesische Hersteller sind noch unbedeutend.

Welche technischen Trends bei Steuerungssystemen für Windkraftanlagen zu beobachten sind, welche Marktposition europäische Steuerungshersteller im Windenergiesektor einnehmen und welche Zukunftsaussichten die Windkraft weltweit hat, darüber informieren im folgenden Beitrag Experten aus drei Unternehmen: Dr. Vaheh Khachatouri (Director for Market Development bei Bachmann electronic), Franz Eder (International Sales Manager Schweiz bei B&R Industrie-Elektronik) und Dirk Kordtomeikel (Branchenmanager Windkraftanlagen bei Beckhoff Automation).


Energie&Technik: Welche technischen Trends zeigen sich bei Steuerungssystemen für Windkraftanlagen?

Dr. Khachatouri (Bachmann): »Erhöhte Anforderungen bezüglich Umweltbedingungen: Der Markt für Offshore-Windenergie ist der European Wind Energy Association (EWEA) zufolge von 2008 auf 2009 um 54 Prozent gewachsen, und für das Jahr 2010 wird ein Wachstum von 75 Prozent prognostiziert. In Offshore-Windkraftanlagen sind die Steuerungen besonders rauen Umweltbedingungen wie etwa salzhaltiger Luft ausgesetzt, so dass die Systemkomponenten robust aufgebaut sein und auch unter Betauung funktionieren müssen. Für entsprechende Komponenten des Steuerungssystems M1 von Bachmann werden daher nur ausgesuchte industrielle Bauteile verwendet, die schwierigen Umweltbedingungen Stand halten und garantierte Langzeitverfügbarkeit mitbringen.

Werkzeuge zur automatischen Code-Generierung: Mit dem zunehmenden Einsatz komplexer Reglerstrukturen verändert sich auch der Entwicklungsablauf. Die Regelungs-Software wird eher denn je auf einer abstrakten Ebene mit Hilfe von Simulations- und Reglerentwurfs-Werkzeugen erstellt. Zunächst werden die Regler auf einer abstrakten Ebene (Übertragungsfunktion bzw. Blockschaltbild) mittels Produkten wie Matlab und Simulink modelliert. Das Ergebnis wird anschließend automatisch mit Werkzeugen wie 'Bachmann M-Target for Simulink’ in von der Steuerung ausführbare Echtzeit-Software umgewandelt.

Einbettung von Condition-Monitoring in die Anlagensteuerung: Die Einbettung des Condition-Monitoring (CM) in die Anlagensteuerung spart die Kosten für eine doppelte Sensorik. Das CM-Interface-Modul AIC 212 von Bachmann macht die nahtlose Integration von CM-Funktionen in die Anlagensteuerung möglich.
Die Signale und die internen Variablen des gesamten Steuerungsverbunds lassen sich direkt verwenden und bereits im CM-Interface-Modul sensornah vorverarbeiten (z.B. Vibrationsanalysen im Frequenzbereich). Gleichzeitig übermittelt die Steuerung auch die erfassten und analysierten Signale an den Leitrechner.

Kommunikationsstandards der Energiewirtschaft: Die Netzbetreiber setzen die Anwendung von Kommunikationsstandards wie IEC 61400-25 und IEC 61850 voraus, die gemäß den Bedürfnissen der Energiewirtschaft und der Netzbetreiber geschaffen sind.«

Eder (B&R): Seit Jahren zeigt sich ein Trend zu höheren Leistungen. Regional gibt es dabei allerdings deutliche Unterschiede. Während Offshore-Anlagen mit Leistungen über 5 MW entwickelt werden, besteht auch weiterhin großer Bedarf an Einzelanlagen mit Leistungen unter 1 MW. Darüber hinaus werden hydraulische Pitch-Systeme zunehmend von elektrischen Systemen verdrängt.

Durch größere Anlagen in Verbindung mit den Regelungsfunktionen elektrischer Pitch-Systeme ergeben sich wirtschaftliche und technische Rahmenbedingungen, die weitere Optimierungen und Innovationen erlauben. Individual Pitch, aktive Schwingungsdämpfung und integriertes Condition-Monitoring - so werden die Kernthemen für die nächsten Jahre lauten. Auch in der Rotor- und Leistungsregelung sind Fortschritte zu erwarten, und zwar durch die Kombination weiterentwickelter Modelle und neuer Möglichkeiten der Sensorik.

Kordtomeikel (Beckhoff): Erkennbar ist ein klarer Trend zur Integration zusätzlicher elektronischer Systeme in die Mühle. EtherCAT bietet mit hoher Performance und flexiblen Topologiemöglichkeiten optimale Voraussetzungen dafür. Beispiele sind die Ansteuerung von Bremsen, Leuchtfeuern, Pitch und Umrichter sowie jetzt auch die Möglichkeit des Condition-Monitoring. PC-Control erlaubt die Integration aller modernen Kommunikationsprotokolle wie IEC 61400-25 sowie der Visualisierung.