Windkraftanlagen Kostenlose Open-Source-Lösung für frühzeitige Fehlererkennung

Die zunehmende Digitalisierung des Energiesektors eröffnet neue Potenziale für die vorausschauende Wartung technischer Anlagen. Gerade in der Windenergie ist es entscheidend, drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen, um unnötige Stillstandszeiten und Kosten zu vermeiden. Herkömmliche Wartungskonzepte stoßen hier an Grenzen: Sie sind häufig reaktiv, personalintensiv oder technisch schwer skalierbar. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE bietet ab sofort eine kostenlose Open-Source-Lösung zur frühzeitigen Fehlererkennung – unabhängig von der zu überwachenden Komponente. Das neue Open-Source-Framework "EnergyFaultDetector" ermöglicht die Überwachung zahlreicher Assets im Energiesystem und das ganz ohne kleinteilige Speziallösungen. 

Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte hat das Fraunhofer IEE mit dem Team AEFDI (Automated Energy Fault Detection and Identification) Methoden zur KI-gestützten Anomalieerkennung entwickelt. Daraus ist der EnergyFaultDetector als vielseitig einsetzbares, skalierbares Framework zur automatisierten Fehlerfrüherkennung entstanden.

"Die frühzeitige Fehlererkennung ist ein zentraler Baustein für vorausschauende Wartung in Windparks und hat sich bereits im Projekt 'ModernWindABS' deutlich gezeigt. Dort haben wir gemeinsam mit Windparkbetreibern ermittelt, welche technologischen Innovationen sie am dringendsten benötigen. Die Anomalieerkennung wurde dabei ganz oben eingeordnet. Es war daher nur konsequent, diese Entwicklung voranzutreiben", sagt Cyriana Roelofs, Projektleiterin des Projekts "Adwenture".

Neue Möglichkeiten durch KI-gestützte Fehlererkennung

Mithilfe selbstlernender Algorithmen detektiert das System in Echtzeit auffälliges Verhalten in technischen Anlagen – von Windenergieanlagen über energiewirtschaftliche Prozesse bis hin zu Fernwärmeinfrastrukturen. Die Anwendung ist denkbar einfach, der Nutzen hoch: Störungen werden frühzeitig erkannt, Ursachen transparent gemacht – und das auf Basis der verfügbaren Betriebsdaten, ganz ohne zusätzliche Sensorik.

"Unser EnergyFaultDetector bringt diese Technologie jetzt in die Praxis und macht vorausschauende Wartung für viele Betreiber einfach zugänglich. Er ermöglicht eine schnelle, zuverlässige Fehlererkennung, die ohne zusätzliche Hardware auskommt und sich flexibel auf unterschiedliche Anlagen anpassen lässt", so Florian Rehwald, Produktverantwortlicher am Fraunhofer IEE.

Einfache Integration und Ursachenanalyse

Das Framework basiert auf einem Autoencoder-Ansatz und lässt sich an beliebige Datenquellen anpassen. Es nutzt ausschließlich bestehende SCADA-Daten, wodurch keine zusätzliche Hardware notwendig ist. Die automatische Modellanpassung erlaubt eine einfache Skalierung auf unterschiedliche Anwendungsbereiche.

Neben der automatisierten Fehlererkennung unterstützt der EnergyFaultDetector auch die Ursachenanalyse, um eine optimale Vorbereitung von Instandhaltungseinsätzen zu ermöglichen. Hier wird der eigens entwickelte Algorithmus "Arcana" aus dem Bereich der erklärbaren KI verwendet. Mithilfe von Arcana lässt sich auch bei Verwendung eines Black-Box-Modells die fehlerverursachende Einflussgröße präzise identifizieren. Auf dieser Basis kann die Fehlerursache auf Subkomponenten eingegrenzt und das Fehlerbild interpretiert werden.

Der EnergyFaultDetector steht interessierten Entwicklern und Anwendern als Open-Source-Lösung bereit. Die Software ist als Python-Bibliothek verfügbar und kann über pip installiert werden. Für einen besonders schnellen Einstieg enthält das Paket das Modul "quick_fault_detector", das mit nur einer Zeile Code Betriebsdaten aus einer CSV-Datei analysiert und potenzielle Fehler identifiziert.

Bei der Integration des Tools in bestehende Betriebsführungssysteme bietet das Fraunhofer IEE Unterstützung an. Zum Kennenlernen steht zudem ein kostenloser Demozugang zur Windüberwachungsplattform bereit.