Windenergie-Datengruppen und Taxonomien: Was sie sind und warum sie nicht funktionieren

Haben Sie sich jemals gefragt, warum der Windenergiesektor in seinem Bestreben, die Nettonullstellung zu erreichen, hinterherhinkt? Die Digitalisierung des Windenergiesektors ist zweifellos einer der wichtigsten Faktoren.

Daten waren noch nie so wichtig wie heute, und doch gibt es immer noch kein allgemeines technisches Datenvokabular , das als Rahmen für die Zusammenarbeit und die Interoperabilität der Kommunikation innerhalb der Windenergiebranche oder der Elektrizitätswirtschaft im Allgemeinen dienen könnte. Ein solcher Rahmen für die Windenergie würde die Überbrückung der Kluft zwischen Dritten und dem Energiesektor erheblich erleichtern, da die Daten zuverlässiger und leichter zu handhaben wären.

Darüber hinaus würde ein verbindlicher Standard für Winddaten den Datenaustausch und die Zusammenarbeit vereinfachen und es dem Energiesektor ermöglichen, innovative Verfahren zu beschleunigen und die Kosten zu minimieren. Derzeit gibt es mehrere Datengruppen und Taxonomien. Diesen Dokumenten mangelt es jedoch an Tiefe und sie können mit dem schnellen Wachstum des Windenergiesektors nicht Schritt halten.

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Aktuelle Windenergie- und Datengruppen/Taxonomien ungeeignet für die Digitalisierung

Dieser Abschnitt enthält Informationen zu den Datengruppen und Taxonomien (in Englisch):

Referenz der Tabelle: “Wind Energy Digitalisation towards 2030″

Die derzeitigen Datengruppen und Taxonomien für Windenergie sind für die Digitalisierung des Windenergiesektors und der Elektrizitätswirtschaft im Allgemeinen ungeeignet.

RDS-PP zur Klärung des Komponentenstatus in Windkraftanlagen

Das Referenzbezeichnungssystem für Kraftwerke (Reference Designation System for Power Plants - RDS-PP) bietet eine Methode zur Anwendung von Bezeichnungscodes auf Kraftwerkssysteme, die auf internationalen Best-Practice-Grundsätzen und Normen basieren. Daher ist RDS-PP heute die empfohlene Bezeichnungssprache in der Windindustrie. Die meisten, wenn nicht sogar alle Windparks verwenden RDS-PP auf irgendeiner Ebene, unabhängig davon, wo sie sich auf der Welt befinden.

Hierarchien sind innerhalb eines Windparks von grundlegender Bedeutung, da jede Ebene ein eigenes Objekt darstellt. RDS-PP-Daten bewegen sich über viele verschiedene Ebenen, von Gruppen von Windparks bis hin zu Leistungsschaltern in einem Schaltschrank. Die Erstellung einer Hierarchie, die sich auf die Bedeutung und den Status der Anlagen bezieht, ist unerlässlich - ein strukturierterer Ansatz rationalisiert die Planung und den Bau von Windparks.

Bau, Betrieb und Wartung sind in hohem Maße von RDS-PP abhängig, da es einen standardisierten Plan für das gesamte Windparksystem liefert. Jede Komponente im System des Windparks verfügt über einen Identifikationscode, der von der jeweiligen Phase im Lebenszyklus abhängt. Viele Fachleute werden während der Lebensdauer einer Komponente mit ihr arbeiten, von der Planung bis zur Wartung. Daher ist ein klarer Bezeichnungsrahmen erforderlich, um Verwirrung über den Status einer Komponente zu vermeiden und so Prozesse wie die Kommunikation mit Dritten zu vereinfachen, die Geschäftsintelligenz zu verbessern und die Integration neuer Mitarbeiter zu erleichtern.

GADS hilft bei der Sammlung von Winddaten und der Berichterstattung

Das General Availability Data System (GADS) ist ein 1982 von der NERC entwickeltes Berichtssystem, das als eine Art Handbuch zur Ergänzung der Datenerfassung in Energieanlagen dient. Energieanalysten verwenden GADS als Benchmark, um ihre Daten daran zu messen, und dieser Ansatz kann sich bei der Untersuchung von Stromausfällen als unschätzbar erweisen. Die Taxonomie bietet standardisierte Definitionen für die Analyse von Betriebs- und Wartungsmaßnahmen, die Verfügbarkeit von Windkraftanlagen und Zuverlässigkeitsstandards.

Energiesysteme nutzen GADS, um Gerätedaten auf mittlerer Ebene zu liefern, während Betriebsdaten und Wertmessungen auch allgemeiner verfügbar sind. Es gibt drei verschiedene Arten von Daten, die GADS sammelt. Erstens beziehen sich die Auslegungsdaten auf die Ausrüstung und die MW-Werte der Komponenten. Als nächstes beziehen sich die Leistungsdaten auf die erzeugte Energiemenge. Brennstoffeinheiten sind ein hervorragendes Beispiel für eine leistungsbezogene Metrik. Die letzte Quelle der GADS-Daten stammt von tatsächlichen Ereignissen wie Geräteausfällen und geplanten Wartungsarbeiten.

Was GADS so wertvoll macht, ist seine Fähigkeit, Anweisungen für die Berichterstattung über Stromausfälle zu liefern. Diese Informationen sind im GADS-Handbuch "Data Reporting Instructions (DRI)" enthalten. GADS ist daher ein wichtiger Akteur bei der Sicherstellung der Sammlung und Analyse zuverlässiger Ausfalldaten, was die Prävention und Behandlung von Ausfällen vereinfacht. 

ReliaWinds Beitrag zur Windenergie und Datenstandardisierung/Regulierung

ReliaWind ist eine Taxonomie, die dazu dient, verwertbare Einblicke in die Ausrüstung des Energiesektors zu gewinnen. Sie ist das Ergebnis einer Untersuchung der Zuverlässigkeit von Windturbinen und ihrer empfohlenen Messmethoden von 2008 bis 2011. Das Hauptziel des ReliaWind-Konsortiums bestand darin, die Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen durch die Verbesserung der Komponenten und Unterkomponenten von Onshore- und Offshore-Turbinen zu erhöhen und so die Betriebs- und Wartungskosten zu senken und gleichzeitig die Verfügbarkeit der Windenergieanlagen zu erhöhen.

Daher war ReliaWind eine wichtige Entwicklung in der Windenergie, weil es den Schwerpunkt auf die Messung und das Verständnis von Ausfallraten und Ausfallzeiten in Windturbinen auf der System- bis hin zur Komponentenebene legt. Ein direktes Ergebnis des ReliaWind-Projekts war ein besseres Verständnis von Ausfällen in Windkraftanlagen. So wurden zum Beispiel sechs kritische WEA-Unterkomponenten mit jeweils fünf relevanten Ausfallarten ermittelt.

Anhand der Ergebnisse wurde eine logische Architektur für die Diagnose von Anlagenausfällen in WEA-Systemen erstellt. Mit den Ergebnissen wurde der IEC ein Programm vorgelegt, das die Standardisierung von Informationen zur Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen abbildet. ReliaWind hat bis heute dazu beigetragen, Mittel für Forschung und Entwicklung zu akquirieren und Arbeiten zur Standardisierung von WEA in Europa zu fördern.

Eine unorthodoxe Lösung für Windenergie und Daten: ISO 14224 

ISO 14224 Erdöl-, petrochemische und Erdgasindustrie - Die Erfassung und der Austausch von Zuverlässigkeits- und Wartungsdaten für Anlagen ist eine internationale Norm. ISO 14224 bietet einen detaillierten Überblick über die Struktur von Zuverlässigkeits- und Wartungsdaten während des Lebenszyklus von Anlagen für erneuerbare Energien.

Dieser Standard zeigt, wie man am besten aussagekräftige Erkenntnisse aus Daten über Geräteausfälle gewinnen kann. Detaillierte Ratschläge zur Erfassung zuverlässiger Daten sind ebenso enthalten wie Informationen zur Datenkategorisierung während der Speicherung und zum Verständnis der Rolle menschlichen Versagens durch eine sorgfältige Definition der Ausfallursache.

Diese internationale Norm gewährleistet, dass die Datenerfassung von höchster Integrität ist. Darüber hinaus trägt sie dazu bei, dass die Dateninfrastrukturen wartbar sind. Durch die Erfassung von Daten in diesem ISO-Format gibt es also einen klar definierten Ansatz für Datenaktivitäten. Eine einheitliche Methode der Informationsorganisation bietet datengesteuertes Entscheidungspotenzial mit minimalen Bedenken hinsichtlich der Genauigkeit der Erkenntnisse. Die ISO-Norm 14224 stellt daher sicher, dass die Datenverarbeitung und -gestaltung mit der gebotenen Sorgfalt und Planung erfolgt, was sich in niedrigeren Kosten und sichereren Arbeitsbedingungen niederschlägt.

ZEUS

Zustands-Ereignis-Ursachen-Schlüsse (ZEUS) ist ein Datenstandard für die Windenergie , der sich auf die Bereitstellung von Ausfall- und Fehlerdaten von Windkraftanlagen konzentriert. ZEUS bietet ein standardisiertes Mittel zur Identifizierung und Diagnose von Zuständen, Ereignissen und Ursachen. Die Fördergesellschaft Windenergie und andere Dezentrale Energien (FGW) hat ZEUS erstmals im technischen Leitfaden TR7 erwähnt. ZEUS bietet dem Leser eine Beschreibung von Windenergieanlagen und deren Komponenten anhand von Bausteinen.

Diese Blöcke sind nicht erschöpfend, enthalten aber viele Informationen zu den verschiedenen Phasen im Lebenszyklus einer Windkraftanlage. Windeinträge werden mit ZEUS mit hoher Genauigkeit erfasst und enthalten präzise Metriken in Bezug auf die Windaktivität. Daher ist es nicht überraschend, dass auch Wartungs- und Erfassungsdaten eine Stärke des ZEUS-Systems sind. ZEUS verwendet Blöcke, in denen Fragen zum Zustand einer Windkraftanlage gestellt werden. Die Antworten auf diese Fragen sind in Unterblöcken enthalten. 

Diese Taxonomie ist aus mehreren Gründen wichtig. Zum einen verdeutlicht sie den erheblichen Unterschied zwischen einer Reparatur und einem Austausch. Außerdem lässt sich der Zustand einer WEA dank der spezifischen Beschreibung aller wichtigen Anlagenzustände durch ZEUS und der entsprechenden Wartungsmaßnahmen leichter identifizieren. Diese Informationen tragen dazu bei, den Ausfall einer WEA zu verhindern, die Betriebskosten zu senken und die Effizienz des Unternehmens insgesamt zu verbessern. 

IEC 61400-25 unterstützt den Informationsaustausch von Windenergiedaten

IEC 61400-25 ist eine internationale Norm , die von Energieunternehmen als Leitfaden für den Informationsaustausch bei der Überwachung und Steuerung von Windkraftanlagen verwendet wird. Windkraftanlagen enthalten eine große Menge an Informationen; daher muss bei der Konfiguration das richtige Verfahren eingehalten werden. Daher ist eine logische Informationshierarchie von größter Bedeutung, wie sie in dem Dokument skizziert wird.

Die Informationen sind detailliert und helfen beim Abrufen von Daten über Komponenten wie z. B. den Rotor. Windkraftanlagen können von SCADA-Systemen verschiedener Hersteller kontaktiert werden. SCADA-Anwendungen können anhand der standardisierten Selbstbeschreibung von Komponenten konfiguriert werden, die über ein Online-Gerät oder eine XML-Datei abrufbar sind. Ein wichtiger Punkt dieses Dokuments ist, dass eines seiner Hauptziele darin besteht, Komponenten in die Lage zu versetzen, mit anderen Komponenten zu kommunizieren, unabhängig vom Hersteller oder der geografischen Lage. Daher ermutigt dieser Standard Windparks dazu, Daten in objektorientierten Datenstrukturen zu speichern.

Insgesamt bietet dieser Standard einen einheitlichen Ansatz für die Kommunikation, der die Interaktion mit Dritten, das Outsourcing und die Integration von Mitarbeitern wesentlich erleichtert. Windkraftanlagen stützen sich auf Protokolle und Modelle innerhalb des Dokuments, um die Kommunikation zu rationalisieren und so die Interoperabilität zu verbessern. Daher vereinfacht IEC 61400-25 den Austausch von Informationen zwischen einem Windpark und SCADA-Systemen.  

IEC 61400-26  

Dieses Informationsmodell berücksichtigt nicht nur die Produktion, sondern auch zeitbasierte Verfügbarkeitsindikatoren. Das Verfügbarkeitsmanagement wird durch Key Performance Indicators (KPIs), die zur Überwachung und zum Verständnis der Serviceleistung von Windenergieanlagen verwendet werden, leichter zugänglich. Daher können die Endnutzer die Verfügbarkeitsmetriken so anpassen, dass sie standardisierte Berechnungen durchführen und organisieren können, die ihren Bedürfnissen entsprechen.

In den Informationskategorien ist eindeutig festgelegt, wie der Betrieb auf der Grundlage dieses IEC-Leitfadens zu kennzeichnen und zu segmentieren ist. Dieses Modell kann verwendet werden, um Informationen zu verarbeiten und zu entscheiden, welche Informationskategorie Vorrang haben soll, wenn mehr als eine Kategorie anwendbar ist. Es stehen Informationsstandards zur Verfügung, um Daten zu beurteilen, sobald sie in das System eintreten oder es verlassen. Die Bedeutung der Produktionswerte und des Zeitplans wird auf die richtige Informationskategorie angewendet.

Die in der IEC 61400-26 enthaltenen Informationen gelten für Daten, die in Windkraftanlagen entstehen. Daher ist dieses Dokument unabhängig davon anwendbar, ob es sich um eine einzelne Turbine oder mehrere Windkraftanlagen handelt, was es sehr flexibel macht. 

Windenergie & Daten innerhalb der präventiven und präskriptiven Software  

SCADA zeichnet die Aktivitäten in Windenergieanlagen auf und meldet die Vorgänge. Diese Informationen liefern den Betreibern die Daten, die sie benötigen, um zu entscheiden, ob Korrekturmaßnahmen erforderlich sind, um die Integrität des Systems zu schützen.

Windenergie und Daten: RDS-PP und SCADA  

RDS-PP hat verschiedene Wartungsereignisse: 1) Prävention, 2) Reaktion und 3) zustandsabhängig. Ein reaktionäres Ereignis ist ungeplant und löst einen Alarm im SCADA-System aus. Das System enthält eine RDS-PP-Codierung, die die Support-Teams auf das Problem der betroffenen Komponente aufmerksam macht. Es gibt viele Möglichkeiten, die Vitalität eines SCADA-überwachten Systems zu beurteilen. Eine davon ist die Verknüpfung von SCADA-Signalen mit RDS-PP-codierten Objekten, was es einfacher macht, die richtigen Wartungsmaßnahmen zu ergreifen.   

Windenergie und Daten: RELIAWIND und SCADA  

Ausfalldaten und andere Informationen zu den WF wurden vom RELIAWIND-Konsortium mit Hilfe von zehnminütigen SCADA-Mittelwerten gesammelt.   

Windenergie und Daten: GADS und SCADA 

GADS verwendet Definitionen, die die Arbeit mit SCADA-Daten unabhängig von geografischen Barrieren vereinfachen. Beispiele für Daten sind SCADA-Typ, SCADA-Hersteller und SCADA-Modell.    

Windenergie und Daten: SCADA und ISO 14224

Für SCADA-Daten gibt es keinen verbindlichen Standard für die Datenerfassung und -strukturierung. ISO 14224 bietet jedoch empfohlene Hierarchien und Details für die Öl- und Gasindustrie, die sich in gewisser Weise in IEA Wind Task 33 widerspiegeln, was die Standards und Prinzipien betrifft, die bei der Arbeit mit SCADA-Daten in der Windindustrie einzuhalten sind.    

Windenergie und Daten: ZEUS und SCADA

B&W-Daten, die von SCADA-Systemen abgerufen werden , sind durch Dokumente wie ZEUS standardisiert. Diese Standards sind jedoch nicht verpflichtend, das sollten Sie bedenken.    

Windenergie und Daten: IEC 61400-25 und IEC 61400-26

Diese Normen dienen als gemeinsame Informationsmodelle (CIM) zur Unterstützung des SCADA-Datenaustauschs und liefern Parameter zur Verbesserung der Wartung. Auch hier liefern beide nicht genügend Definitionen für die Windenergie.   

Computerisiertes Maschinenwartungssystem (CMMS) für Windenergie und Datenpflege

Die SCADA-Daten werden dann an das CMMS übermittelt und dort gespeichert. Ein CMMS ist ein wesentliches Element für den Betrieb und die Wartung eines Windparks. Es dient als detailliertes Protokoll, in dem alle Turbinenausfälle, Sicherheitsereignisse und notwendigen Wartungsarbeiten bis auf die Ebene der einzelnen Komponenten aufgezeichnet werden. Am besten wird sichergestellt, dass das CMMS mit den anderen Datenbanken integriert ist, die mit dem technischen System der Turbine verbunden sind.    

Windenergie und die Rolle von Daten bei der Digitalisierung - Schlussfolgerung

Der Windenergie fehlt es derzeit an soliden Dokumenten und Grundsätzen, um die Energieerzeugung in der Branche angemessen zu regulieren und zu optimieren. Die Digitalisierung des Energiesektors in Europa erfordert eine solide Infrastruktur für den Datenaustausch, die eine nachfrageseitige Flexibilität zur besseren Nutzung der Windenergieanlagen ermöglicht. Ein EU-Datenraum, der sich an ähnliche Bereiche anpasst, ist möglich, aber zunächst ist ein gemeinsamer Interoperabilitätsrahmen innerhalb der Windenergiebranche erforderlich. Gegenwärtig sind die vorhandenen Datengruppen und Taxonomien nicht ausreichend, um diesen Bedarf zu decken, und das ist ein Problem, das behoben werden muss, um eines Tages die Netto-Null-Energie zu erreichen.   

Wenn Sie mehr über erneuerbare Technologien erfahren möchten, finden Sie auf unseren Blog einige aufschlussreiche Artikel.   

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