Internetbasierte Fernwartung von Windkraftanlagen: Sichere Verbindung über das Mobilfunknetz

Steigende Preise bei den fossilen Energieträgern und ein zunehmendes Umweltbewusstsein sorgen für eine forcierte Nutzung der erneuerbaren Energien. Dabei schreibt die Gesellschaft der Windenergie das größte Potential zu. Doch sie stellt höchste Anforderungen an Technik und Material. Bei den Windkraftanlagen zur Stromerzeugung werden heute überwiegend Rotoren mit horizontaler Achse eingesetzt. Die Maschinengondel mit dem Rotor ist horizontal drehbar auf dem Turm angebracht. Über einen Windrichtungsgeber und Stellmotoren wird der Rotor in den Wind ausgerichtet. Die Rotorachse ist entweder direkt oder über ein Getriebe mit Generator verbunden. Es muss jedoch ein enormer Aufwand betrieben werden, um aus böigem Wind mit wechselnder Intensität und Richtung elektrische Energie zu erzeugen, die hinsichtlich Spannung, Frequenz und Phasenwinkel passende Werte für die Einspeisung ins Stromnetz liefert. Komplexe Regelungs- und Steuerungssysteme Eine Windkraftanlage bringt nur dann einen maximalen Energieertrag, wenn die Rotordrehzahl und die Generatordrehzahl auf die momentan herrschende Windgeschwindigkeit optimal abgestimmt sind. Um das zu erreichen, ist jede Windkraftanlage mit vielfältigen mechanischen, elektrischen und elektronischen Systemen ausgestattet. Sie sorgen für die An- und Abschaltung der Anlage, für die Steuerung und Drehzahlregelung des Rotors und für die Transformation und Einspeisung der gewonnenen Energie in das Stromnetz. Die Steuerung fährt die Windkraftanlagen bei ertragsversprechenden Windgeschwindigkeiten (Anlaufwindgeschwindigkeit) an und schaltet sie bei zu großen Windgeschwindigkeiten (Abschaltwindgeschwindigkeit) wieder ab. Je nach System werden dazu der Rotor aus dem Wind gedreht oder die Rotorblätter in Segelstellung gebracht. Kontinuierliche Überwachung Um trotz der widrigen Rahmenbedingungen und enormen Materialbelastung einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen, ist eine kontinuierliche Zustandsüberwachung unabdingbar. Dazu besitzen die Windkraftanlagen eine umfangreiche Sensorik zur permanenten Überwachung ihrer mechanischen Komponenten. Das rechtzeitige Erkennen von Veränderungen (z.B. mittels Schwingungsdiagnose) ermöglicht die Planung und Durchführung von Instandhaltungsmaßnahmen, bevor es zu teuren Folgeschäden und ungeplanten Stillständen kommt. Durch die direkte Anbindung an die Leitstelle per Fernwartung werden alle Werte, Betriebszustände und eventuelle Störungen in der Leitstelle erfasst. Fernzugriff über das Mobilfunknetz Die Industrie-Router mbNET UMTS unterstützen mit HSDPA und HSUPA die derzeit schnellsten verfügbaren Übertragungsverfahren im Mobilfunkbereich. Sie bieten mit Download-Raten bis zu 7,2MBit/s und Upload-Raten bis zu 2MBit/s eine DSL-ähnliche Bandbreite. Falls dem Anwender UMTS an einem bestimmten Ort noch nicht bereitsteht, können die Router auch die GSM-basierenden GPRS- oder EDGE-Dienste nutzen. Diese sind nahezu flächendeckend verfügbar. GPRS und EDGE sind wie UMTS IP-basierte Übertragungsdienste, die sich in eine bestehende Netzinfrastruktur integrieren lassen. Bei der praktischen Umsetzung können sich technische und organisatorische Fragen hinsichtlich des Verbindungsmanagements, der Datensicherheit und des Zugriffsschutzes stellen. Die Lösung ist ein zentrales Fernwartungsportal wie mbconnect24.net von MB Connect Line. Es dient als Vermittlungsstelle zwischen der Leitstelle des Anlagenbetreibers, dem Servicepersonal und den Windkraftanlagen. Die in die Windkraftanlagen integrierten Industrie-Router mbNET registrieren sich am Portal und bauen eine gesicherte VPN-Verbindung auf. Verbindungsmanagement Der Verbindungsaufbau kann automatisch erfolgen, sobald der Router mit Spannung versorgt wird oder bei Bedarf. Dazu kann der Verbindungsaufbau von der Anlagensteuerung über ein Signal an einen digitalen Eingang des Routers ausgelöst werden. Die Vergabe von einer dynamischen oder privaten IP-Adresse durch den Provider ist kein Problem, da die Verbindung immer vom Router zum Portal hin aufgebaut wird. Die Leitstelle, und bei Bedarf auch externes Servicepersonal, verbindet sich ebenfalls über einen gesicherten VPN-Zugang mit dem Portal. Der Anlagenbetreiber kann in Form einer geschlossenen Benutzergruppe für jeden Service-Spezialisten individuelle Rechte festlegen. Für eine Fernwartungssitzung melden sich die Benutzer mit Zertifikat, Benutzername und Passwort am Portal an und können dann per Mausklick die für sie freigegebenen Anlagen erreichen. Die Zugänge zum Portal können komfortabel verwaltet werden. Kurzfristige Anpassungen wegen Änderungen im Plan der Servicebereitschaft sind schnell möglich. Gibt es beispielsweise mit einem bestimmten Stellmotor ein Problem, so kann die Leitstelle innerhalb von Minuten einen temporären Zugang für einen Service-Techniker des Motorherstellers einrichten. Datensicherheit und Zugriffsschutz