FlexiWind

Die übergeordneten Ziele von FlexiWind bestehen aus der Erforschung des Potenzials und des Einflusses von flexiblen Regelungsstrategien an WEA bzw. Windparks. Dazu werden neue und existierende Regelungsmethoden, Methoden zur Abschätzung der Ermüdungslasten und neue Simulationsansätze zur Modellierung der Windströmung kombiniert, um einen optimalen Windparkbetrieb zu ermöglichen. Des Weiteren beschäftigt sich FlexiWind mit der direkten Applikation von flexiblen Regelungsstrategien auf Windparks und der damit verbundenen dynamischen Anpassung des Betriebszustandes des Windparks, um auf veränderliche Umgebungsbedingungen zu reagieren. Dies soll in einer echtzeitfähigen Simulationsumgebung umgesetzt werden, mit der die Potenziale optimaler Regelungsstrategien gehoben werden können.

Die individuelle Regelung jeder einzelnen WEA erlaubt es, die Leistung flexibel an den aktuellen Bedarf anzupassen und damit wichtige Netzdienstleistungen wie das Bereitstellen von Regelenergie anzubieten. Des Weiteren kann die Belastung einzelner WEA besser gesteuert und damit ein gleichmäßiger Lebensdauerverbrauch für den Windpark erzielt werden. Insbesondere der Aspekt der Lebensdauermodellierung wird in FlexiWind im Detail betrachtet, um im Zusammenspiel mit einer verbesserten Strömungsmodellierung eine akkuratere Berechnung der Belastung der WEA zu ermöglichen. Damit können genauere Aussagen in Bezug auf anstehende Instandhaltungsmaßnahmen gemacht werden, und die zu erwartende Restlebensdauer genauer abgeschätzt sowie durch eine bewusste Reduktion der Lasten ggf. sogar verlängert werden.

Die Umsetzung optimierter Regelungsstrategien für den flexiblen Windpark soll mittels einer echtzeitfähigen Simulationsumgebung erfolgen, welche in FlexiWind entwickelt und aufgebaut werden soll. Diese ermöglicht, als digitaler Windparkzwilling eines existierenden Windparks der Projektpartner, die komplexe Wechselwirkung aus Nachläufen, Windparkregelung, Netzanforderungen und Lasten in Echtzeit oder schneller simulativ nachzubilden.

In der Simulationsumgebung werden die jeweils instationären und nicht linearen Teilmodelle für die Aeroelastik der WEA, die Ausbreitung von Nachläufen und die Windparkregelung zu einem Gesamtsimulationsmodell verbunden. Durch die zusätzliche Bereitstellung von Standardschnittstellen für Windparkregler-Hardware können Windparkregler auf den im Feld eingesetzten Steuergeräten in einer Hardware-in-the-Loop (HiL) Umgebung entwickelt und getestet werden. Die echtzeitfähige Simulationsumgebung liefert die Belastung der WEA und auch an Punkten, an denen keine Messgrößen des realen Windparks vorliegen. Sie bietet zudem die Möglichkeit, die Auswirkungen von Regelungseingriffen im Windpark wie Nachlaufsteuerung und von dynamischen Ergebnissen wie Böen auf die Belastung einzelner WEA (fatigue tracking, condition-monitoring) einzuschätzen. Somit kann deren Lebensdauer (auch für einen Weiterbetrieb über die Designlebensdauer hinaus) gezielt beeinflusst werden. Außerdem ist es möglich, den Ertrag gezielt (auf Kosten der Lebensdauer) zu erhöhen. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit des Windparks, da der Windparkregelung aufgrund der detaillierten Analysen ein Optimum aus Erhöhung der Lebensdauer und höherem Ertrag der WEA zugrunde gelegt werden kann, das ohne eine solche Simulationsumgebung nicht möglich ist.

Die Genauigkeit der echtzeitfähigen Simulationsumgebung wird im Laufe des Projekts durch die Ergebnisse aus den Simulationsmodellen zur Verbesserung der Lebensdauermodellierung sowie zur Entwicklung von optimierten Regelungsalgorithmen verbessert. Außerdem erfolgt eine Validierung mit Daten, welche u. A. im Rahmen der Forschungsinitiative RAVE zur Verfügung stehen. Diese bieten mit FINO1 und dem Forschungswindpark alpha ventus (av) die Möglichkeit, sowohl die Strömungsbedingungen als auch die Systemantworten der einzelnen WEA zu beleuchten. Zusätzlich werden am IWES CFD Berechnungen zur Kalibrierung der Simulationsumgebung durchgeführt. Das Echtzeitsystem soll außerdem mit Messdaten mindestens eines Windparks der  Projektpartner validiert werden. Die aus den Arbeiten und Projektergebnissen verbundene Reduzierung von Unsicherheiten in der Modellierung und die Einbeziehung relevanter Stakeholder (Windparkbetreiber, WEA-Hersteller) zur Definition von verschiedenen Betriebsszenarien für die flexible Anlagenregelung ergibt eine realistischere Einschätzung des finanziellen und technischen Potenzials einer flexiblen Anlagen- und Parkregelung. Eine solche Strategie hat das Potenzial, die Kosten des Betriebs und der Instandhaltung, und damit auch die Stromgestehungskosten bei gleichzeitigem Beitrag zur Netzstabilität insgesamt zu reduzieren und somit die Windenergie wettbewerbsfähiger zu machen.