X-Multirotor DfM

Im X-Energy-Teilprojekt Multirotor DfM (Design for Maintenance) liegt der Forschungsschwerpunkt auf dem wartungsfreundlichen Design einer Multirotor-WEA für den Offshore-Einsatz. Multirotor DfM baut dabei auf den Erkenntnissen des X-Energy-Teilprojektes X-Multirotor auf.

Ziel ist es, Betriebskosten besser abschätzen zu können und weitere technische Lösungen zur Betriebskostenminimierung zu entwickeln. X-Multirotor DfM gliedert sich in drei Teilbereiche, der Analyse, dem Entwurf und der Optimierung:

Analyse

• In der Analyse werden Werkzeuge entwickelt bzw. bestehende Werkzeuge erweitert, sodass eine Beurteilung der Wartungsfreundlichkeit möglich wird. Als relevante Kennzahlen werden die technische Anlagenverfügbarkeit und der Wartungsaufwand herangezogen. Diese werden dann in die Berechnung der Stromgestehungskosten als übergeordnete und entscheidende Kennzahl integriert.

Entwurf

• Im Entwurf werden Designkonzepte und Servicestrategien für den optimalen Betrieb von Multirotoranlagen entwickelt.

Optimierung

• Mithilfe der zuvor entwickelten Werkzeuge, der Designkonzepte und Servicestrategien wird in der abschließenden Optimierung das Multirotorkonzept mit den geringsten Stromgestehungskosten berechnet.

Ergebnisse

Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist die quantitative Analyse der Betriebsphase von Multirotor-Windenergieanlagen unter realistischen technischen, logistischen und wetterabhängigen Randbedingungen. Hierfür wurde im Projekt ein Simulationsmodell (PyWinda) entwickelt, das eine systematische Untersuchung von Ausfallereignissen, Reparaturprozessen, Wartungsstrategien und deren Kostenwirkungen ermöglicht. PyWinda diente dabei als methodische Grundlage zur vergleichenden Bewertung unterschiedlicher Anlagen- und Betriebskonzepte. Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass größere Multirotor-Konfigurationen bei gleicher Gesamtleistung eines Windparks tendenziell höhere technische Verfügbarkeiten und geringere spezifische Betriebs- und Wartungskosten aufweisen als kleinere Multirotor- oder Einzelrotor-Konfigurationen. Diese Effekte resultieren insbesondere aus der Bündelung von Wartungs- und Reparaturmaßnahmen innerhalb eines Multirotorsystems, reduzierten Anfahrts- und Transferzeiten für Service-Schiffe sowie der Möglichkeit, mehrere Serviceteams parallel an einem Multirotorsystems einzusetzen. Ein weiteres wesentliches Ergebnis ist der starke Einfluss der gewählten Wartungs- und Reaktionsstrategien auf Verfügbarkeit und Ertragsverluste. Darüber hinaus zeigen die im Projekt entwickelten und bewerteten Design-for-Maintenance-Konzepte, dass integrierte Wartungssysteme wie Bordkräne, Aufzüge und modulare Rotor-Gondel-Baugruppen das Potenzial besitzen, Stillstandszeiten deutlich zu reduzieren und logistische Abhängigkeiten zu verringern.