Siemens Wind Equipment – Höchste Verfügbarkeit und Effizienz

Siemensstand auf der Windmesse / Foto: HB
Siemensstand auf der Windmesse / Foto: HB

(WK-intern) – Siemens Wind Equipment – Höchste Verfügbarkeit und Effizienz durch perfektes Zusammenspiel aller Komponenten

Husum WindEnergy 2012 – Standardisierung und Plattform-Lösungen bilden die Basis für eine industrielle Serienfertigung von Windturbinen

Das Geschäft der Windturbinenbauer (OEM) ist gegenwärtig geprägt von erheblichen Überkapazitäten und zunehmendem Preisverfall.

Mit Standardisierung und Plattform-Lösungen von Siemens können sich diese Unternehmen ein neues Rationalisierungspotenzial erschließen. „Wir bieten den Unternehmen die Möglichkeit, Windkraftanlagen modular als Plattform zu entwickeln und so in industrieller Serienfertigung zu bauen“, sagt Dr. Dan Fodor, Leiter der Branchenentwicklung Wind bei der Siemens-Division Drive Technologies. „So können die OEM von Skaleneffekten profitieren, was Kosten spart und Qualität sowie Verfügbarkeit erhöht.“ Siemens bietet ein umfassendes Angebot für Windturbinenhersteller – angefangen von der Automatisierungs-, Visualisierungs- und Leittechnik über die Kommunikation, Schalttechnik und Energieverteilung bis hin zu Pitch- und Yaw-Antrieben sowie den Generatorsystemen zur Energieerzeugung. Hinzu kommen Sicherheitstechnik und Brandschutz. Das durchgängige Portfolio an Produkten und Systemen wird durch ein umfassendes Angebot an Dienstleistungen abgerundet, das den gesamten Lebenszyklus einer Windenergieanlage abdeckt. Insgesamt gesehen erhöht das optimale Zusammenspiel aller Produkte und Systeme die Effizienz und Zuverlässigkeit der Windkraftanlagen.

Der amerikanische Finanzdienstleister Bloomberg berichtete in seinem neuesten „Wind Turbine Price Index“, dass die Preise für Windturbinen im zweiten Halbjahr 2011 um vier Prozent gesunken seien. Der durchschnittliche Preis für Onshore-Turbinen lag am Jahresende bei 910.000 Euro pro Megawatt, zwei Jahre zuvor noch bei 1,21 Millionen Euro. Diese Entwicklungen liegen vor allem an Überkapazitäten und einem starken Konkurrenzdruck in der Branche. Nach Ansicht der Analysten könnten nur diejenigen Hersteller eine gute strategische Position erreichen, die auch ihre Kostenposition im Griff haben.

Bisher wurden im elektrischen Bereich der Windkraftanlage Kaufentscheidungen preisoptimiert für jede einzelne Komponenten getroffen. Das bringt einige Kostenersparnis am Anfang, geht aber zu Lasten der Komplexität und oft der Verfügbarkeit im Betrieb. Nicht unterschätzt werden darf dabei auch der Integrationsaufwand der Komponenten von verschiedenen Herstellern. Allerdings ist die Alternative – alles aus einer Hand – in der Regel nicht gewünscht. Als Lösung bietet sich eine Paketierung und Modularisierung der Komponenten an, was die Zahl der Lieferanten, die Fehlermöglichkeiten und den Verwaltungsaufwand reduziert. Man braucht nur einen Ansprechpartner für das System im Problemfall und nur eine Zertifizierung für das jeweilige System. Dies alles bedeutet weniger Aufwand, weniger Zeit und weniger Kosten – und am Ende auch mehr Verfügbarkeit durch das optimale Zusammenspiel.

„Die Autoindustrie macht es vor, wie sich Systeme modularisieren lassen“, sagt Dan Fodor von Siemens. Dies setze allerdings eine gemeinsame Plattform für unterschiedliche Turbinen und möglichst viele gemeinsame Systemkomponenten sowie einheitliche und digitale Entwicklungswerkzeuge voraus. „Wir sehen aus Erfahrung in anderen Branchen, dass die Unternehmen bezogen auf den gesamten Lebenszyklus mit einer solchen Strategie zwischen fünf und zehn Prozent ihrer Kosten sparen können“, so Fodor weiter. Was in anderen Branchen funktioniere, könne man auch problemlos auf die Windbranche übertragen. Siemens biete hierfür Pakete, basierend auf bewährter Technologie und Erfahrungen im Windbereich.

Optimal ist die dreifache Integration
Siemens sieht drei Dimensionen der Integration: Eine horizontale Integration als funktionale oder physikalische Integra¬tion des Antriebsstrangs – von Getriebe und Motor bis zu Umrichtern und der entsprechenden Energieverteilung entlang des Stromflusses und eine vertikale als Integration der Automatisierungs-, IT- und Sicherheitssysteme bis hin zum Antriebssystem und der Sensorik, die sich am Informationsfluss orientiert. Der dritte Schritt geht darüber hinaus und bestimmt die Entstehungsphase der Turbine. Er ist die Integration entlang der Wertschöpfungskette als Ergänzung des Drive Trains mit Service, Produkten und Software für die Planung, Entwicklung, Konstruktion, Inbetriebnahme und den Betrieb. Die beiden ersten Ebenen bestimmen im Wesentlichen die Topologie der Turbine. Sie sind verantwortlich für die Integration aller Systeme und Komponenten in die Turbine und deren reibungslose Funktion.
Im gesamten Umfeld entwickeln nun viele große Windturbinen-Hersteller eigene Turbinen. Basierend auf Plattformen- und Standard-Komponenten könnten wesentlich kostengünstiger Turbinen-Topologien aus Standard- und Plattformkomponenten geschaffen werden. Dies hat gleich zwei Vorteile: Man bekommt eine bewährte Technologie und kann wesentlich aufwand- und kostengünstiger seine eigene Plattform entwickeln. Außerdem ist eine Plattform deshalb günstig, weil man damit die Zahl der Ersatzteile reduziert, die Zahl der Komponenten und die Zahl der auftretenden Fehler.

Wie erzeugt man aus Wind kostenoptimierten Strom?
Vor zwanzig Jahren stand noch die physikalische Machbarkeit der industriellen Stromerzeugung aus Windkraft im Vordergrund. Folglich baute man die Windturbinen in Manufaktur, um neueste Erkenntnisse möglichst schnell wieder einbringen zu können. Heute ist die Technik weiter ausgereift. Somit steht jetzt die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund, was dazu führt, dass die Turbinen rationell gefertigt und vereinfacht werden müssen. Das heißt, reduzierte Komponentenzahl beziehungsweise Einbindung von unterschiedlichen Komponenten in ein System. Mit Totally Integrated Automation (TIA) hat Siemens auf der Produktseite getestete und zertifizierte Standardkomponenten und einheitliche Werkzeuge. Das bringt Ordnung, Struktur, Transparenz und Übersichtlichkeit, reduziert die Zahl der Systemkomponenten, der Ersatzteile und die Zahl der auftretenden Fehler. Ein Beispiel für ein Verbesserungspotenzial ist die Entwicklung einer Automatisierung basierend auf einer Industrie-Plattform zusammen mit einer windspezifischen Software. Hilfreich für das ganzheitliche Management der Windkraftanlage ist die Simatic Wind Library – ein für die Windenergieanlagen-Automatisierung komplettiertes Grundbetriebssystem basierend auf einer Software-Bibliothek mit über 50 Funktionsbausteinen. Hier sind 80 Prozent der Funktionen der Windenergieanlage im Hochsprachencode hinterlegt, wie etwa Pitch- und Nabensteuerung, Gondelsteuerung, Turm- und Systemfunktionen sowie Zustandsüberwachung. Die Engineering-Software kann ohne Mehrkosten individuell an jede Turbine angepasst werden und beschleunigt damit die Projektierung erheblich. In der Simatic Wind Library sind alle relevanten kommunikationsfähigen Komponenten bereits integriert. Das reduziert den Aufwand für Programmierung und Inbetriebnahme, minimiert das Fehlerrisiko bei der Inbetriebnahme und verringert auch den Hardwareaufwand.
Ein anderes Beispiel ist das Siemens-Umrichterkonzept: Jeder Umrichter ist zweigeteilt, netzseitig und generatorseitig. Auf jeder Seite sind drei identische Module. Damit braucht der Kunde sich nicht so viele Ersatzteile zu halten und kann leicht austauschen, denn das Ganze wiegt nur 25 kg. „Als wir dieses Konzept einem Kunden vorgestellt haben wurde der spätere Nutzen offensichtlich“, so Dan Fodor.
Mit dem Einsatz von Standardkomponenten und -systemen kann Siemens die Anzahl der Komponenten bei einer Windturbine bis um die Hälfte reduzieren und dank eines Plug-and-Play-Konzepts auch ohne Auswirkungen auf andere Bauteile austauschen. Dies bedeutet weniger Aufwand, Zeit und Kosten und mehr Verfügbarkeit. „Erste Einsätze zeigen, dass wir damit auf dem richtigen Weg sind“, sagt Fodor.

Ausblick auf die industrielle Serienfertigung
Bei der Entwicklung einer Windenergieanlage müssen Konstruktion und Aufbau, Werkstoffe, Prozesse, Fertigung und Installation ganzheitlich betrachtet werden. „Wer den Herausforderungen der Produktion erst in der laufenden Fertigung begegnet, kann die Einspar- und Verbesserungspotenziale nur unzureichend ausschöpfen“, erklärt Fodor. Mit Werkzeugen für das Product Lifecycle Management (PLM) kann schon im Produktdesign und in der Produktionsplanung erhebliches Potenzial zur Verbesserung von Produktivität und Effizienz erzielt werden. Siemens biete hier die Werkzeuge und Möglichkeiten an, die Optimierung des Turbinenbetriebes zu schaffen. Man hat am Anfang die Möglichkeit, die Turbine zu simulieren und später zu optimieren und hat diese auch softwaremäßig verfügbar. Im Betrieb kann man mit genau der gleichen Steuerung parallel zur echten Turbine auf das Modell zurückgreifen. Dies senkt die Kosten und man hat damit schon in der Angebotsphase die Möglichkeit, zu analysieren wie sich die Turbine verhält. Mit der durchgängigen Produktentwicklung und integrierten Produktionsprozessen lassen sich Design- und Produktionsfehler vermeiden und Produktionszeiten und -kosten minimieren. Das ist ein Angebot von Siemens, das in anderen Industriebranchen bereits funktioniert und etabliert ist. „Wir sehen, dass die Unternehmen bezogen auf den gesamten Lebenszyklus mit einer solchen Strategie zwischen fünf und zehn Prozent ihrer Kosten sparen können“, so Fodor.

PM: Siemens

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