Giganten der Luft mit Bodenhaftung

Eine für Wind geographisch sehr günstige Lage – riesige, windige Steppen im Norden und Westen sowie tausende von Küstenkilometern im Osten und Süden – führt uns in das Reich der Mitte. Der momentan größte Exporteur der Erde hat einen gewaltigen Energiehunger, die breite Nutzung der sauberen Ressource Wind bietet sich geradezu an. Dies hat die chinesische Regierung erkannt und bringt mit angemessenen Förderungen Schwung in den Ausbau der Windenergie. Windkraftanlagen werden an Land oder vor der Küste im Meer aufgestellt. Robustheit und Zuverlässigkeit der Lösung haben höchsten Stellenwert, da z.B. Offshore-Anlagen für Serviceeinsätze nur bei gutem Wetter per Helikopter erreicht werden können. Insbesondere die salzhaltige Luft an der Küste stellt eine große Herausforderung für die Komponenten, die ihr ausgesetzt sind, dar. Die hohen Temperaturunterschiede von kontinentalem Klima (bis zu -40°C im Winter und +50°C im Sommer) sowie die durch die ständige Rotation der Blätter verursachten Vibrationen und verschärfen die unwirtlichen Umgebungsbedingungen zusätzlich. Windkraftanlagen sind für mehr als 20 Jahre Lebensdauer konzipiert, entsprechend müssen auch die Automatisierungskomponenten diesen Belastungen zuverlässig standhalten. Extreme Bedingungen Bei einem unter anderem für den Einsatz in Windkraftanlagen durchgeführten, in der Flugzeug-Industrie etablierten Test, hat X20 mit überzeugenden Ergebnissen abgeschnitten. Der Test, der mit Hilfe von extremen Temperaturwechseln und gleichzeitigen Vibrationen die Grenzen des Prüflings auslotet, erlaubt Rückschlüsse auf die vorhandenen Reserven und auf die voraussichtliche Lebensdauer eines Produkts. Nach Aussagen des Leiters des externen Prüfinstituts übertrifft X20 deutlich die Grenzen am Markt verfügbarer Produkte anderer Hersteller. Diese Voraussetzungen gemeinsam mit der Modulvielfalt für die verschiedenen Aufgabenstellungen prädestinieren das System für den Einsatz in Windkraftanlagen. Ein spezielles X20-Modul ist in der Lage, wichtige Parameter wie Spannung, Frequenz und Phasenlage des Versorgungsnetzes zu messen sowie zu überwachen, und ermittelt gleichzeitig die Energieabgabe der Windkraftanlage. Für die lange Verbindung zwischen X20-Modulen im Fuße der Anlage und den Modulen in der sogenannten Gondel, die oben auf dem Turm sitzt, steht ein Netzwerk-Modul für optische Datenübertragung zur Verfügung. Neue Sicherheitsstrategien und mehr Komfort Der gefährlichste Zustand, den es bei einer Windkraftanlage zu verhindern gilt, ist die Überdrehzahl des Rotors. Dabei könnte es passieren, dass ein Blatt bricht und ein Teil davon weggeschleudert wird. Bei einer Masse von mehreren Tonnen pro Blatt und einer nominalen Blattspitzengeschwindigkeit von ca. 300km/h, kann ein davonfliegendes Stück verheerende Schäden anrichten. Deshalb spielt die Sicherheitstechnik in Windkraftanlagen eine große Rolle. Integrierte Sicherheitstechnik auf Basis von openSafety setzt auf nahtlose Integration in das X20-System, erspart Doppelverdrahtungen und bietet umfangreiche Diagnosemöglichkeiten. Gleichzeitig sind völlig neue Sicherheitsstrategien und -konzepte bei einem hohen Grad an Sicherheit und einfacher Handhabung umsetzbar. Das eigentliche Gehirn einer Windkraftanlage ist die Applikationssoftware zur Steuerung des Giganten. Zahlreiche etablierte Design- und Engineeringunternehmen offerieren neben mechanischen und elektrischen Designs einer Windkraftanlage auch Softwarelösungen zur Anlagensteuerung. Die Offenheit des B&R Systems erlaubt eine rasche und effiziente Integration. Eine weitere Möglichkeit ist die Branchen-Software-Plattform von B&R. Die Anpassung an die jeweilige Windkraftanlage, das sogenannte Customizing, wird vor Ort durchgeführt. Reduzierte Inbetriebnahme durch automatische Codegenerierung Ausgeklügelte Regelungsalgorithmen sorgen für hohen Energieertrag und reduzierte Belastung der mechanischen Komponenten der Anlage. Um die Physik der Windkraftanlage zu simulieren, kommen mathematische Modelle zum Einsatz, die es erlauben, die Applikationssoftware im Büro zu testen und so die Inbetriebnahmezeit zu verkürzen. Die hochkomplexen Algorithmen und Modelle werden in der Regel mithilfe von Simulationswerkzeugen entwickelt und müssen anschließend fehlerfrei auf die Automatisierungsarchitektur übersetzt werden. Ein besonders eleganter und effizienter Weg dafür ist automatische Codegenerierung, z.B. können mit Matlab und Simulink entwickelte Algorithmen und Modelle durch die Einbindung mit dem Automation Studio Target for Simulink automatisch in hochperformanten Programmcode übersetzt werden. Die übersetzten Algorithmen und Modelle stehen sofort in der Programmierumgebung Automation Studio zur weiteren Verwendung zur Verfügung. Die exzellenten Ferndiagnosemöglichkeiten des B&R Systems erleichtert nach der Inbetriebnahme den Zugriff auf alle wichtigen Parameter und Daten der jeweiligen Windkraftanlagen. Somit können Wartungsintervalle der Anlage besser geplant und Wartungseinsätze besonders effizient gestaltet werden. Die erfolgreiche Inbetriebnahme verschiedener Anlagen demonstrierte die Kapazitäten der effizienten Entwicklungstools und deren Diagnosemöglichkeiten. Die B&R-Hardware ermöglicht neue Strategien und Funktionalitäten, bei optimierten Kosten. Die Qualität und Langzeitverfügbarkeit der Produkte gibt den Kunden Investitionssicherheit über den gesamten Produkt-Lebenszyklus der Windkraftanlage. Hannover Messe 2011 / Halle 9, Stand D28