Die Transformation des Energiesystems stellt die Windenergiebranche vor viele Herausforderungen. Große Mengen von Energieerzeugungsanlagen müssen gebaut, betrieben und gewartet werden. Durch die Implementierung eines digitalen Zwillings kann dies erleichtert werden. Windenergiesysteme stellen jedoch aufgrund ihrer langen Betriebszeit, der großen Anzahl lose gekoppelter Einheiten und der Modularität der Systemstruktur eine einzigartige Kombination von Herausforderungen dar. Diese Aspekte werden nicht durch allgemeine Ansätze für die Entwicklung eines digitalen Zwillings abgedeckt, sondern erfordern spezielle Methoden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts DigiWind wird eine open-source digitale Zwillingsplattform entwickelt, die speziell auf den Windenergiesektor zugeschnitten ist. Das DigiWind Framework baut auf der modularen, sich ständig verändernden Systemstruktur von Windenergieanlagen auf und übersetzt diese in eine sich ebenfalls laufend anpassende digitale Darstellung. Die Nutzer der DigiWind - Plattform sind in der Lage, Services für ihre Anlagen zu definieren und sie mit bereits vorhandener Geschäftslogik und Prozessen zu verknüpfen.

Für den optimalen und flexiblen Betrieb von Windenergieanlagen ist es wichtig, die verbleibende Restlebensdauer der einzelnen Komponenten einer Windturbine zu kennen. Die Bewertung der Restnutzungsdauer erfordert die regelmäßige Abschätzung des Zustands von Komponenten, um Instandhaltungsentscheidungen treffen zu können. Um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten, müssen die für die Lebensdauerberechnung verwendeten Modelle der Windturbine stets mit den Komponenten der realen Anlage übereinstimmen. Wenn ein Teil während der Wartung ausgetauscht wird, muss das entsprechende Modell angepasst werden. Um die Änderungen an der Windkraftanlage zu berücksichtigen, nutzen wir den Modellmanagement- und Montageservice auf der Plattform des digitalen Zwillings. Auf diese Weise hat der Restnutzungsdauer - Service immer Zugriff auf das neueste Modell der Windkraftanlage.

Darüber hinaus kann die Restnutzungsdauer mithilfe des modularen Konzepts der DigiWind - Plattform in einem zusätzlichen Service zur optimalen Betriebsplanung genutzt werden. Wir von der Forschungsgruppe industrielle Energiesysteme erforschen dabei, wie Reinforcement Learning Algorithmen zur Bestimmung der optimalen Betriebsstrategie eines Windparks eingesetzt werden können. Dabei sollen die bereitgestellte Schätzung der Restnutzungsdauer mit zusätzlichen Vorhersagen der verfügbaren Windressourcen und Schätzungen der Strompreise berücksichtigt werden. Mit dem Ansatz des digitalen Zwillings kann diese optimale Betriebsstrategie direkt in das Windenergiesystem zurückgespeist werden.

Die DigiWind-Plattform, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ist open source als GitHub Repository verfügbar (DOI: 10.5281/zenodo.7994327).

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