Windenergieanlagen mit optimierter Produktivität durch Flottenmonitoring ohne zusätzliche Sensorik - WEA-produktiv; Teilprojekt: Gekoppelter physikalischer und digitaler Zwilling als Grundlage zur Extraktion von Key-Performanz-Indikatoren - KPI

Abstract

Im Projekt WEA-produktiv wurde ein Ansatz zur Analyse und Bewertung des Betriebsverhaltens von Windenergieanlagen auf Basis vorhandener Messdaten entwickelt und umgesetzt. Im Zentrum der Arbeiten stand der Aufbau und die Validierung eines digitalen Zwillings einer Referenzanlage des Typs Nordex N117 sowie die systematische Aufbereitung und Analyse langjähriger Messdaten. Hierzu wurden historische SCADA- und Schwingungsdaten der Referenzanlage sowie verfügbare Daten weiterer Anlagen strukturiert erfasst, plausibilisiert, synchronisiert und in einer einheitlichen Datenbasis zusammengeführt. Ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt lag auf der Entwicklung von Verfahren zur Datenaufbereitung, -qualitätssicherung und -fusion heterogener Datenquellen. Der digitale Zwilling wurde auf Basis der aeroelastischen Simulationsumgebung OpenFAST aufgebaut, parametrisiert und anhand realer Messdaten verifiziert. Ergänzend wurden Simulationen definierter Betriebs- und Fehlzustände, insbesondere Pitch- und Yaw-Fehlstellungen, durchgeführt und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf strukturdynamische Größen und Leistungskennlinien ausgewertet. Parallel dazu erfolgte die Extraktion und Analyse charakteristischer Merkmale aus Schwingungs- und SCADA-Daten, einschließlich zeit- und frequenzbasierter Kenngrößen. Auf dieser Grundlage wurden erste datengetriebene Verfahren zur Klassifikation von Betriebszuständen implementiert und mit simulierten sowie realen Daten validiert. Ein weiterer Schwerpunkt lag im Aufbau einer skalierbaren Dateninfrastruktur, die die Integration und Auswertung großer Anlagenpopulationen grundsätzlich ermöglicht. Die vollständige Nutzung einer großen Flotte konnte im Projektverlauf jedoch nicht realisiert werden; stattdessen wurde die methodische und infrastrukturelle Grundlage für ein entsprechendes Flottenmonitoring geschaffen.