Siemens: Windenergieanlagen wirtschaftlicher herstellen und betreiben

Auf der WindEnergy Hamburg 2014 zeigt Siemens Windturbinenbauern sein umfassendes Portfolio aus Soft- und Hardwareprodukten für die wirtschaftliche Herstellung und den effizienteren Betrieb von Windenergieanlagen. Siemens setzt dabei auf die Durchgängigkeit und Integration der Komponenten und Systeme und kann somit beispielsweise ein durchgängiges Schutzkonzept aus vielen Einzelkomponenten anbieten. Dies reduziert die Ausfallzeiten der Anlage und erhöht die Verfügbarkeit. Bereits für die Herstellung von Windenergieanlagen bietet Siemens Plattformkonzepte, die mit Hilfe von Softwaretools die Konstruktion beschleunigen und die Anzahl der Systemkomponenten reduzieren. Hersteller können somit ihre Produktionskosten senken, die Energieausbeute ihrer Anlagen erhöhen und den Betrieb optimieren.

Das umfassende Siemens Portfolio deckt den gesamten Lebenszyklus einer Windenergieanlage ab, also von der Planung und Engineering über Herstellung bis hin zum Betrieb. Das Angebot reicht von der Automatisierungs-, Visualisierungs- und Leittechnik über die Kommunikation, Schalttechnik und Energieverteilung auf der Nieder- und Mittelspannungsebene bis hin zu Pitch- und Yaw-Antrieben sowie den Generatorsystemen zur Energieerzeugung. Auch unterschiedliche Stromspeicherlösungen sind Teil des Portfolios, wie das Batteriespeichersystem Siestorage. Zur Stabilisierung des Netzes wird die erzeugte Energie, die nicht ins Netz fließen kann, mithilfe von Siestorage gespeichert und kann bei Bedarf wieder eingespeist werden. Hinzu kommen Sicherheitstechnik und Brandschutz. Umfassende Servicekonzepte, die den gesamten Lebenszyklus einer Windenergieanlage abdecken, runden das Angebot ab. Dank der Plattformkonzepte Totally Integrated Automation (TIA) und Totally Integrated Power (TIP) spielen alle Produkte und Systeme perfekt zusammen und erhöhen so die Anlagentransparenz und -verfügbarkeit. Alle Komponenten sind standardisiert und kommunizieren nahtlos über alle Ebenen – von der einzelnen Klemme bis zur übergeordneten Leitwarte. Dadurch lassen sich alle Anlagenteile lückenlos überwachen und optimal steuern.

Individuelle Anlagensteuerung erhöht die Effizienz

Mit TIA hat Siemens auf der Produktseite getestete und zertifizierte Standardkomponenten und einheitliche Softwaretools. Beim Herstellungsprozess bringen Plattformkonzepte Ordnung, Struktur, Transparenz und Übersichtlichkeit, reduzieren die Zahl der Systemkomponenten, der Ersatzteile und die Zahl der auftretenden Fehler.
Ein Beispiel für dieses ganzheitliche Management der Windenergieanlage ist die Simatic Wind Library – ein für die Windenergieanlagen-Automatisierung komplettiertes Grundbetriebssystem basierend auf einer Software-Bibliothek mit über 50 Funktionsbausteinen. Hier sind 80 Prozent der Funktionen der Windenergieanlage im Hochsprachencode hinterlegt, wie etwa Pitch- und Nabensteuerung, Gondelsteuerung, Turm- und Systemfunktionen sowie Zustandsüberwachung. Die Engineering-Software kann ohne Mehrkosten individuell an jede Turbine angepasst werden und beschleunigt damit die Projektierung erheblich. In der Simatic Wind Library sind alle relevanten kommunikationsfähigen Komponenten bereits integriert. Das reduziert den Aufwand für Programmierung und Inbetriebnahme, minimiert das Fehlerrisiko bei der Inbetriebnahme und verringert auch den Hardwareaufwand.
Ein weiteres Beispiel für Kostenoptimierung ist die Anlagensteuerung, die sich individuell an die Gegebenheiten vor Ort anpassen lässt. Je genauer die Steuerung auf die tatsächlichen Wind- und Betriebsverhältnisse eingehen kann, desto stärker kann die gesamte Konstruktion von Windenergieanlagen optimiert werden. Diesen Vorgang hat Siemens nun vereinfacht, indem die echtzeitfähige Soft-SPS Simatic WinAC RTX direkt mit MATLAB/Simulink von MathWorks kommuniziert. MathWorks ist einer der weltweit führenden Entwickler und Anbieter technischer Software für mathematische Berechnungen und modellbasierte Entwicklung. Mit dieser Software entwickeln Hersteller von Windenergieanlagen ihre individuellen Programme zum möglichst effizienten Betrieb und damit für eine möglichst hohe Energieausbeute – abhängig vom jeweiligen Aufstellort und der Windsituation. Alle Simulationsergebnisse und Regeleinstellungen können nun exakt auf die Simatic Anlagensteuerung übertragen werden.

Durchgängiger Schutz

Im Rahmen von TIP präsentiert Siemens aufeinander abgestimmte Schutz-, Schalt-, Mess- und Überwachungsgeräte aus der Sentron-Familie für die sichere, effiziente Niederspannungs-Energieverteilung in der Windenergieanlage. Ein Beispiel ist der offene Leistungsschalter 3WL, der für einen zuverlässigen Schutz im Hauptstromkreissorgt. Er schützt Generator und Umrichter gegen Kurzschluss und Überlast. Ein besonderes Highlight für die Einspeisung der Nebenstromkreise einer Windturbine ist der neue Kompaktleistungsschalter 3VA. Er schützt zuverlässig Leitungen und elektrische Verbraucher der Nebenstromkreise vor elektrisch verursachten Schäden und Ausfällen, indem er den Strom bei Störungen wie Kurzschluss und Überlast sicher abschaltet. Mit seinen optimierten Selektivitätseigenschaften stellt er ein selektives Schutzverhalten untereinander sowie zu weiteren Schutzgeräten sicher. Das führt zu einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit, da nur Anlagenteile abgeschaltet werden, die tatsächlich von einer Störung betroffen sind.

Sichere Anbindung ans Netz

Für eine zuverlässige und effiziente Einspeisung von Windenergie ins Stromversorgungnetz zeigt Siemens Lösungen zur Energieverteilung sowie Energieautomatisierungslösungen für die Windturbine bis zum Netzanschluss. Die sichere und verlustarme Energieübertragung und -verteilung in der Anlage übernehmen Schienenverteiler-Systeme vom Typ Sivacon 8PS. Gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen (GIS) vom Typ 8DJH 36 stellen die zuverlässige Anbindung an typische Netzkonfigurationen sicher. Kabel übertragen die erzeugte elektrische Leistung zu einer Transformatorstation, in der eine weitere GIS die Anbindung zum Hochspannungsnetz herstellt. Bei größeren Windparks werden zusätzlich Kompensationsanlagen eingesetzt. Auch sie arbeiten auf Mittelspannungsebene und werden über eine GIS mit dem Windparknetz verbunden. Die Grundlage für Energieautomatisierungslösungen bildet die Produktfamilie Sicam. Ein Lösungsspektrum, das von der Überwachung einzelner Windenergieanlagen bis hin zur Ausrüstung von Offshore-Umspannplattformen reicht, erfüllt die Anforderungen der Betreiber an die Energieautomatisierung. Die Grundlage für diese Lösungen sind vielfältige Erfahrungen aus einer großen installierten Basis. Eine intelligent gestaltete Systemarchitektur und eine funktionsgerechte Integration von Energieautomatisierungskomponenten ermöglichen einen sicheren Betrieb und reduzieren den Aufwand für Wartung und Instandhaltung. Beispiele dafür sind Anlagenüberwachung, Einspeisemanagement sowie Störungsanalyse, die sich für Offshore-Anlagen im Servicecenter an Land ausführen lassen.