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Schon heute stammt ein Viertel des Stroms in Deutschland aus Windkraft, und der Anteil steigt. Um die Windenergie optimal nutzen zu können, müssen Windenergieanlagen und Windparks durchdacht geplant werden. Ihren Aufbau und ihre Steuerung zu optimieren hilft ein Software-Tool, das Ingenieurinnen und Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gemeinsam mit der Firma Avasition entwickelt haben. Es ist das Ergebnis des Projekts Wind-Opt-Tool, das nach drei Jahren abgeschlossen ist. Das Tool ist das erste, das sowohl Interaktionen innerhalb einer Anlage als auch ganze Windparks ganzheitlich detailliert betrachten kann und nicht nur Einzelkomponenten in seine Berechnungen einbezieht.

Hunderte Anlagen speisen Strom ins Netz

Große Offshore-Windparks bestehen mitunter aus Dutzenden oder bis zu Hunderten einzelnen Windenergieanlagen, die den durch ihre Generatoren erzeugten Strom in ein gemeinsames Netz einspeisen. Zwischen ihnen gibt es oft mehrere kleinere Netzabschnitte und Steueranlagen, die den Betrieb der Anlagen regeln. Zwischen den einzelnen Anlagen und Netzen besteht eine elektrische Interaktion. „Wenn es zum Beispiel einen Fehler im Netz gibt, etwa durch einen Spannungseinbruch nach einem Blitzschlag, hat das Auswirkungen auf einzelne Komponenten“, erklärt Katharina Günther vom Lehrstuhl für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik von Prof. Dr. Constantinos Sourkounis, der das Projekt koordiniert.

Software hilft bei der Optimierung

Die neue Software erlaubt es, Szenarien von Einzelanlagen oder Windparks zu simulieren und die Auswirkungen von Entscheidungen zu testen. Dabei können Expertinnen und Experten bestimmte Rahmenbedingungen eingeben und unter diesen Gegebenheiten beispielsweise prüfen, wie sich der Bau einer gewissen Anzahl von Windenergieanlagen oder die Wahl eines bestimmten Anlagentyps auf das gesamte Netz auswirken würde. Das System kann auch Alternativen berechnen, also Systeme auf bestimmte Ziele hin optimieren. „Aufgabe muss es dabei sein, nicht allein die Energieausbeute zu maximieren, so wie das bisher oft der Fall war“, erklärt Katharina Günther. „Es muss außerdem sichergestellt werden, dass eine ausreichende Robustheit gegen Störungen erreicht wird.“

Das Projektteam hat nicht nur die Software entwickelt, sondern die Ergebnisse der Simulation auch mithilfe eines Prüfstandes im lehrstuhleigenen Labor unter realistischen Bedingungen getestet.