Energiewende und KI Künstliche Intelligenz verlängert Leben von Windkraftanlagen

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Windenergie leistet bereits jetzt einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung und spielt eine zentrale Rolle für das Gelingen der Energiewende. Doch viele Anlagen sind bald veraltet.

Aktuelle Klima- und Energiekrisen verdeutlichen, wie dringlich ein schnellerer und zuverlässigerer Ausbau erneuerbarer Energien ist. Strom per Windkraftanlagen spielt dabei eine Hauptrolle. Bald aber würden viele Windenergieanlagen in Deutschland und Europa ihre geplante Lebensdauer erreichen. Wie diese länger genutzt werden könnten, untersucht nun ein Konsortium unter der Koordination von Kathrin Flaßkamp nebst ihrem Mitarbeiter Amine Othmane von der Universität des Saarlandes. Mit dabei ist auch die Universität Bremen und des Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES in Bremerhaven sowie die Industriepartner P.E. Concepts GmbH und Marpitec GmbH

Alte Windkraftanlagen zu überholen, spart Ressourcen

Windenergieanlagen werden üblicherweise für eine Laufzeit von 20 Jahren ausgelegt und erhalten auch nur für diese Zeitspanne eine Betriebserlaubnis, heißt es. Bereits in zwei Jahren wird rund die Hälfte der bereits heute bestehenden Windenergieanlagen im Nordosten Deutschlands dieses Alter erreicht haben. Ihre Betriebserlaubnis erlischt dann. Würde ihr Betrieb eingestellt, wären die Ausbauziele der Energiewende noch schwieriger zu erreichen. Ein beschleunigter Zubau sei notwendig, um die Ausbauziele für Windenergie an Land und auf See zu erreichen.

Vor diesem Hintergrund ist es nicht nur wirtschaftlich, sondern auch ökologisch wünschenswert, wenn die bestehenden Anlagen zusätzlich länger als ursprünglich geplant betrieben werden können, wie die Forscher einschätzen. Zum einen leisten sie dann einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung und Energiewende, zum anderen spart man wertvolle Rohstoffe, die man für den Bau neuer Windenergieanlagen aufbringen müsste. Im Betrieb sind die Anlagen nahezu klimaneutral, wie betont wird. Es ist also sinnvoll, sie so lange wie möglich zu betreiben, um den Ressourcenverbrauch zu verringern.

Lebensdauersimulationen von Windkraftanlagen sind ungenau

Möchte der Betreiber im Anschluss an die üblicherweise auf 20 Jahre ausgelegte Laufzeit eine Weiterbetriebserlaubnis erhalten, wird dies unter anderem auf Basis vieler Computersimulationen gemacht, die unterschiedliche Ermüdungslasten durchrechnen. Diese Simulationen sind jedoch sehr rechen- und zeitintensiv. Trotzdem seien sie aufgrund verbleibender Ungenauigkeiten der Modelle nur von begrenzter Aussagekraft. Der Ansatz des Projektteams besteht nun darin, mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) die Simulationsverfahren in Geschwindigkeit und Genauigkeit zu verbessern. Die Experten kombinieren dazu klassische, modellbasierte Verfahren mit Methoden der KI, um effizientere Simulations-Algorithmen zu entwerfen.

Auch müsse man bei Lebensdauersimulationen berücksichtigen, dass die genutzten mathematischen Modelle zur Beschreibung der Anlagen und ihrer Umgebungen generisch und fehlerbehaftet seien – etwa wegen schwer rekonstruierbarer Windverhältnisse (und wenn das schon nicht geht, was soll man da von Klimawandel-Prognosen halten, wo es um noch komplexere Zusammenhänge geht?!). Die Ergebnisse der Simulationen sind, mit anderen Worten ausgedrückt, also mit großen Unsicherheiten behaftet. Das soll sich durch das Forschungsprojekt ein Stück weit ändern.

Windkraftanlagen sollen länger als 20 Jahre in Betrieb bleiben

Am Ende bedeutet dies nichts anderes, als dass die Windenergieanlagen länger sicher laufen könnten. Die Fortschritte, die das Konsortium im Blick hat, spielen sich dabei einerseits auf dem Gebiet der mathematischen Grundlagenforschung ab. Andererseits – durch die Beteiligung des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme IWES sowie der beiden Industriepartner – auf der technischen Anwendungsseite.

Das Projekt „KIWi: KI-Simulationskorrekturen zur Laufzeitverlängerung von Windenergieanlagen“ wird für drei Jahre (Laufzeit vom 1. November 2022 bis zum 31. Oktober 2025) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt rund 873.000 Euro gefördert. Davon fließen zirka 282.000 Euro an die Universität des Saarlandes.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal MM MachinenMarkt.

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