Embedded-Systeme für den Offshore-Einsatz

Komponenten, die in Offshore-Windenergieanlagen verbaut werden, müssen besonders harten Umgebungsvoraussetzungen standhalten. Dazu zählen neben den extremen klimatischen Bedingungen auch ständige Vibrationen. Diesen Witterungsbedingungen müssen u.a. auch Industriecomputer standhalten.
Windenergieanlagen haben im Jahr 2011 in Deutschland knapp 30.000MW Strom produziert. Damit ist Deutschland unangefochtener Spitzenreiter in Europa. Weltweit bewegt sich Deutschland hinter China und den USA auf dem dritten Platz bezüglich der installierten Gesamtleistung. Trotz idealer Windverhältnisse vor den Küsten steckt die Offshore-Technologie in Deutschland noch in den Anfängen. Dennoch rechnet der Fachverband Power Systems, der dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau angegliedert ist, damit, dass die vor der Küste montierten Windenergieanlagen in den nächsten Jahren zu einem wesentlichen Pfeiler in der Windindustrie heranwachsen. Laut Hochrechnungen des Verbandes könnten bis zum Jahr 2030 rund 25.000MW mit Offshore-Windanlagen generiert werden. Nichtsdestotrotz verursachen Offshore-Windanlagen im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen auf dem Festland einen beachtlichen Mehraufwand. Einerseits sind aufwendige Anlagen- und Fundamenttechnologien erforderlich, andererseits werden geeignete Errichtungsschiffe benötigt. Zudem ist die Wartung der Anlagen wegen ihrer großen Entfernung zur Küste zeit- und kostenaufwändig.

Industriecomputer für Offshore-Anlagen

Entsprechend ist es von großer Bedeutung, dass sämtliche Komponenten, die in Offshore-Windanlagen verbaut werden, den Belastungen auf hoher See langfristig standhalten. Zusätzlich zu den sich ständig ändernden Klima- und Witterungsbedingungen, sind es vor allem die Vibrationen, die die verbauten Komponenten auf eine Belastungsprobe stellen. Syslogic, Anbieter von Embedded Systemen und industriellen Visualisierungslösungen, entwickelt und fertigt Geräte, die genau für solche Umgebungsvoraussetzungen ausgelegt sind. Die Embedded Computer des Unternehmens kommen ohne bewegliche Teile aus, sind für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85°C auf Bauteilebene ausgelegt und eignen sich für den 24/7-Betrieb. Bereits für Alpha Ventus, den ersten deutschen Offshore-Windpark, lieferte das Unternehmen Embedded Systeme der Reihe Compact ML, die in den Frequenzumrichtern von ABB verbaut wurden. Diese Frequenzumrichter wandeln den erzeugten Strom in die gewünschte Frequenz und Spannung um. Die Rechner sind für die Remote-Funktionen der Umrichter sowie für die Systemüberwachung verantwortlich. Da ungeplante Feldausfälle bei Offshore-Anlagen stets große finanzielle Schäden verursachen, sind eine lange Lebensdauer sowie ein geringer Wartungsaufwand bei sämtlichen verbauten Komponenten Schlüsselkriterien. Syslogic-Geschäftsführer Christian Binder meint dazu: „Wir setzen den Fokus bei der Entwicklung und Fertigung unserer Systeme auf Qualität, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit.“ Die Syslogic-Systeme würden damit eine hohe Mean time between Failures (MTBF) erreichen und befänden sich meist während 15 bis 25 Jahren im Einsatz, sagt Binder weiter. Um die Betriebssicherheit und Robustheit zu sichern, entwickelt und fertigt das Unternehmen sämtliche Systeme selbst und unterzieht diese vor der Auslieferung ausführlichen Tests. Der Hersteller verlässt sich beim Festlegen des Temperaturbereichs nicht auf ein Screening-Verfahren, sondern legt bereits bei der Entwicklung und Bauteilselektion fest, welchen Belastungen die Systeme standhalten müssen. Der Burn-In-Prozess vor der Auslieferung, in dem alle Systeme großen thermischen Belastungen ausgesetzt werden, dient einzig der Qualitätssicherung und damit der Vermeidung von Feldausfällen. Als Produzent mit eigener COM-Board-Entwicklung sorgt der Anbieter zudem für die Langzeitverfügbarkeit seiner Systeme. Die im deutschen Windpark Alpha Ventus eingesetzten Systeme der Serie Compact ML verfügen über ein lüfterloses, rundum geschlossenes und kabelloses Design. Abgestimmt auf anspruchsvolle Remote-Funktionen, wurden die Rechner darüber hinaus mit einem besonders leistungsfähigen Datenspeicher versehen. Außerdem verfügen sie über Sicherheitsfunktionen, die für Datenkonsistenz bei Speisungsschwankungen sorgen. Mittlerweile kommen die Embedded Systeme auch in weiteren deutschen Windparks zum Einsatz.