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15.03.2021 | Energie + Nachhaltigkeit | Im Fokus | Online-Artikel

Windkraftanlagen mit digitalem Zwilling bauen

verfasst von: Frank Urbansky

3 Min. Lesedauer
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Windkraft offshore ist eine regenerative Art der Energieerzeugung, die sehr große Potenziale hat. Eine effiziente Planung kann dabei auch einen digitalen Zwilling nutzen.

Bei der Planung von Offshore-Windanlagen geht es auch um die Ressourcenschonung. Dabei kann eine digitale Planung helfen – zum Beispiel, indem der Einsatz von Tripods simuliert wird. "Das Dreibeinfundament (Tripod), das hauptsächlich für Wassertiefen von 20 bis 50 m geeignet ist, besteht aus einem zentralen Säulenelement, das die Verbindung zum Windenergieanlagenturm herstellt, und einem dreischenkligen räumlichen Stahlfachwerk, das die Kräfte und Momente auf die Gründungspfähle überträgt", beschreibt ein Springer-Vieweg-Autorenkollektiv um Martin Kaltschmitt auf Seite 513 des Buchkapitels Stromerzeugung aus Windenergie diese Gründungsart.

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Stromerzeugung aus Windenergie

Windkraftanlagen (WKA) machen die in den strömenden Luftmassen enthaltene Bewegungsenergie technisch nutzbar. 

Die Tripods sind dabei nur eine Komponente, deren Vorteile sich digital ermitteln, darstellen und später beliebig wiederholen lassen. Die Komplexität von Offshore-Windparks, auch durch das Verlegen der Leitungen zur Umspannplattform sowie der Netzanschlüsse hin zur Küste, machen sie generell zum idealen Kandidaten für die digitalisierte Planung und Erstellung eines digitalen Zwillings, also einer kompletten digitalen Abbildung. Anhand dessen können alle Installationsschritte exakt geplant werden. Auch im Betrieb der Anlage kann der digitale Zwilling genutzt werden – bis hin zu ihrer Abrüstung nach Ende der Nutzungszeit.

Eine Anlage als Vorlage für alle

Ein Beispiel für solch eine digitale Planung ist der Windpark des Stadtwerkeverbundes Trianel vor Borkum. Hier stehen 80 Windkraftanlagen, die rund 400 MW leisten und die theoretisch 200.000 Haushalte versorgen könnten. Alle Windräder wurden komplett digital geplant und auf 30 Meter hohe Tripods gestellt. Dabei war es eine Herausforderung, die Rohrleitungen in den Tripods kollisionsfrei zu verlegen. Doch auch das wurde dank digitaler Vorarbeit gemeistert.

Denn das Hauptrohr des Tripods hat einen Durchmesser von sechs Metern. Es verjüngt sich nach unten. Die drei Beine besitzen einen Durchmesser von je vier Metern. In den Füßen mussten neben den Stromkabeln auch Leitungen für die Betonpumpe zur Stabilisierung untergebracht werden. Die Betonleitungen schlängeln sich deswegen wie Rutschen im Schwimmbad in den Tripods. Dazwischen sind die Stromkabel verbaut. Über diese 12 Zentimeter starken Kabel wird der Strom an Land transportiert und ins Netz eingespeist.
Dabei durfte keines der Kabel geknickt werden. Auch dabei half der digitale Zwilling. Denn der wurde für eine erste Anlage gefertigt und auf die anderen 79 übertragen. Dabei wurden auch alle einzelnen Komponenten erfasst, was wiederum die Bestellung und Dokumentation sowie die Abrechnung der nötigen Teile erleichtert.

Störungen digital schnell erkennen

Dieser digitale Zwilling hilft auch im Betrieb, da etwa exakt und sekundenschnell lokalisiert werden kann, wo ein Schaden vorliegt und wie er behoben werden kann. Die Software dafür lieferte AVEVA. Die einzelnen Projektdaten lassen sich damit leicht konvertieren und von Teams verschiedener Disziplinen verwenden. Das erleichterte auch die Übergabe an die Baufirma.

Dennoch ist diese digitale Form der Planung und Realisierung und des späteren Betriebes keineswegs Standard. "Flächendeckend hat sich der digitale Zwilling aber noch nicht etabliert. Im industriellen Alltag (auch in der Energiewirtschaft) findet man allenfalls die Anwendung in Teilbereichen", resümiert Springer-Vieweg-Autor Julius Golovatchev in seinem Buchkapitel Digitaler Zwilling für die Realisierung Utility 4.0 auf Seite 600.

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