Energiewende – Digitalisierung: Frühzeitige Fehlererkennung im Energiesektor
Durch die Digitalisierung des Energiesektors eröffnen sich neue Potenziale für die Wartung technischer Anlagen. Gerade in der Windenergie ist es entscheidend, drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen. Eine digitale Open-Source-Lösung macht das nun möglich.
20.08.2025 – Um unnötige Stillstandszeiten sowie Kosten zu vermeiden, spielen im Sektor Windenergie Frühwarnsysteme für Fehler im System eine entscheidende Rolle. Herkömmliche Wartungskonzepte stoßen hier an Grenzen: Sie sind häufig reaktiv, personalintensiv oder technisch schwer skalierbar. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE haben sich des Themas angenommen und das IEE bietet jetzt 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.
Methoden zur KI-gestützten Anomalieerkennung
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“, erklärt Cyriana Roelofs, Projektleiterin des Projekts ADWENTURE.
Neue Möglichkeiten durch KI-gestützte Fehlererkennung
Mit Hilfe 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, so die Forschenden, 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“, sagt Florian Rehwald, Produktverantwortlicher am Fraunhofer IEE.
Flexibles Open-Source-Framework für 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 OpenSource-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.
