„Windenergieanlagen bringen Investoren den meisten Gewinn, wenn sie so betrieben werden, dass Erlöse und Kosten in einem wirtschaftlich optimalen Verhältnis stehen. Hier setzt Korva an und erzielt deutliche Lebensdauerverlängerungen und höhere Energieausbeuten, die das Gesamtprojekt Windpark wesentlich lukrativer machen“, sagt Boris Fischer, Projektleiter Korva beim Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE. „Das ist allerdings eine äußerst komplexe Aufgabe. Denn dafür brauchen die Anlagenbetreiber Informationen, die ihnen in der Regel bislang fehlen. Diese Lücke haben wir mit unserem Forschungsprojekt Korva geschlossen.“ Herausgekommen ist eine optimierte Betriebsstrategie für Windparks.

Leitung und Koordination von Korva lag in den Händen des Fraunhofer IEE. Daneben waren auch die Nordex Group als Hersteller, ABO Wind als Betreiber, Steag und Statkraft als Direktvermarkter, 8.2 als Gutachter und der TÜV Süd als Zertifizierer an dem Forschungsvorhaben beteiligt. Das vom BMWK finanzierte dreijährige Projekt haben die Wissenschaftler:innen Ende April 2022 abgeschlossen. Als Ergebnis haben sie eine optimierte Betriebsstrategie für Windparks entwickelt, die im Vergleich zu konventionellen ökonomisch wie ökologisch sinnvoller sind. Konkret führten diese in einem Fallbeispiel zu einer Verlängerung der Lebensdauer von 20,7 auf 30,4 Jahre. Der Windpark erzeugte 122 % der Energie, die er ohne lastabhängige Optimierung bis zum Lebensende generieren könnte. Der Mehrertrag im Verhältnis zu einer reinen Kapitalverzinsung stieg dabei um 312 %.

Wissen über Kosten und Erlöse

Die Produktionskosten einer Windenergieanlage werden wesentlich davon bestimmt, wie stark ihre Komponenten im Betrieb abgenutzt werden. Das geschieht nicht konstant über die Lebensdauer, sondern variiert, abhängig vor allem von den Windverhältnissen. Neben Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie der Scherung ist hier ein zentraler Faktor, wie stark die Anlagen jeweils Turbulenzen ausgesetzt sind.

Daher bedeutet ein hoher Erlös an der Strombörse nicht zwingend einen hohen Gewinn. Sind nämlich in dieser Zeit zugleich auch die Produktionskosten hoch, ist der Anlagenbetrieb womöglich weniger wirtschaftlich als in Stunden, in denen die Erlöse zwar geringer ausfallen, zugleich aber auch die Produktionskosten sehr niedrig sind. In diesen Fällen könnte es unter Umständen sogar sinnvoll sein, die Anlagen kurzzeitig vom Netz zu nehmen, um so ihre Lebensdauer zu verlängern.

Korva zeigt, dass die msn entgangenen Einnahmen über zusätzliche, höhere Erträge während der verlängerten Laufzeit mehr als kompensiert. Solche Entscheidungen verlangen, neben den aktuellen wie zu erwartenden Erlösen an der Strombörse auch die Produktionskosten zu den entsprechenden Zeitpunkten zu kennen. Mit diesem Wissen können Betreiber ihre Regelstrategien so gestalten und anpassen, dass sie den Gewinn über die Lebensdauer der Anlagen maximieren. Zugleich liefern sie bezogen auf ihre Gesamtlebenszeit mehr Energie, da sie dann seltener zu Stunden laufen, in denen die Abnutzung sehr groß ist.

Optimierte Betriebsstrategie maximiert Rendite der Windparks

Im Projekt Korva hat das Fraunhofer IEE in Abstimmung mit seinen Partnern nun erstmals ein Optimierungstool für die Betriebsführung entwickelt, das diesen Anforderungen gerecht wird. Die neue Software erzeugt generalisierte Fahrpläne für Windparks, abgeleitet aus den zu erwartenden Erlösen und Kosten. Diese generalisierten Fahrpläne kann man über neu entwickelte Datenschnittstellen in die Betriebsführung integrieren. Um verschiedene Standorteigenschaften abzubilden, haben die Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher bei der Entwicklung ihres Tools meteorologische Daten von vier Windparkregionen innerhalb Deutschlands verwendet. Auswahlkriterien waren hier Stark- und Schwachwindstandorte und die Empfindlichkeit bezüglich des Windstrom-Marktwertes.

Angesichts der oftmals hohen Dynamik im Strommarkt wie auch bei den Windverhältnissen müssen die Abschätzungen der zu erwartenden Lasten und Erträge der einzelnen Anlagen sehr schnell vorliegen. Das Fraunhofer IEE verwendet deshalb für diese Aufgaben im neuen Optimierungstool ausgefeilte Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens.

Eine Vorstellung der neuen Betriebsstrategie für Windparks findet online am 16. Dezember 2022 von 13 bis 15 Uhr statt. Die Anmeldung ist unter dem nebenstehenden Link möglich.

30.11.2022 | Quelle: Fraunhofer IEE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH