Forschungsprojekte

Herstellerunabhängiges Retrofitting der Leistungselektronik von Windenergieanlagen mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator

Ziel des Vorhabens ist es, die Lebensdauer der Leistungselektronik von Windenergieanlagen zu erhöhen und die Vorhersage von Schäden in der Leistungselektronik zu verbessern, so dass analog zu Getrieben eine prädiktive Wartung realisierbar wird. Dazu wurde zunächst ein Messsystem zur Aufnahme der Ein- und Ausgangssignale der Leistungselektronik im Mikrosekundenbereich zu entwickelt, um deren Ausfallursachen zu ergründen. Das Messsystem wird perspektivisch zu einem möglichst herstellerunabhängigen Überwachungs-system der Leistungselektronik von Windenergie-anlagen erweitert, um im Rahmen eines Retrofitting in Altanlagen und unter Vermeidung einer erneuten Anlagenzertifizierung, nachgerüstet zu werden. Auf Basis der durch das Vorhaben gewonnen Kenntnisse wurde ein Kompensationsumrichter als Funktions-muster aufgebaut (Abbildung), der neben einem integrierten Überwachungssystem für die Leistungs-elektronik auch moderne Systemdienstleistungen für ältere Windenergieanlagen realisiert.
Laufzeit 2014…2018

Die Leistung von Offshore Turbinen ist proportional zur Blattoberfläche. Das Gewicht großer Blätter stellt hohe Anforderungen an das Material hinsichtlich der auftretenden Dehnungen pro Rotorumdrehung. Offshore Turbinen arbeiten unter rauen Bedingungen, die hohe technische Anforderungen an Stabilität und Festigkeit stellen. Außerdem müssen die verwendeten Materialien kosteneffizient und wiederverwertbar sein.

Der entscheidende neue Ansatz in WALiD ist die Einführung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen und ihrer Verarbeitungsprozesse in die Blattherstellung. Ein aus elf Partnern bestehendes europäisches Konsortium erhielt bis zum Ende im Jahr 2018 3,964,797 Euro an EU-Forschungsmitteln zur Entwicklung von kosteneffizienten Materialien für größere Blätter von Offshore Windenergieanlagen. Die Projektmittel stammten aus dem 7. EU Rahmenprogramm für Forschung, technologische Entwicklung und Demonstration.

Windrad Engineering GmbH erhielt zur Erstellung einer Durchführbarkeitsstudie finanzielle Unterstützung aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) aus den Europäischen Strukturfonds der Europäischen Union.

In der Durchführbarkeitsstudie mit dem Titel „Neuartiges Assemblierungskonzept für mittelgroße Windenergieanlagen mit elektrischem Speicher“ wurde das Marktpotenzial sowie die technischen Herausforderungen für ein neuartiges Assemblierungskonzept für mittelgroße Windenergieanlagen mit elektrischem Speicher ermittelt.

Offshore-Windparks sind eine wichtige Säule der Energiewende. Doch die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Windenergieanlagen sind immens: Bei ungünstigen Wetterbedingungen ist ein Service-Einsatz auf See über längere Zeit nicht möglich. So können kleine Fehlerursachen im schlimmsten Fall zum Stillstand der Anlagen und damit zu großen Ertragseinbußen führen. Windrad Engineering zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Bremen und Converteam haben eine intelligente Software entwickelt, die die Belastung durch wechselnde Windstärken in Windenergieanlagen erfasst und dazu beitragen kann, Ausfallzeiten zu reduzieren, die Wartung zu optimieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern.

Die Ergebnisse sind im Rahmen des Verbundprojekts „Windenergieanlagen mit intelligenter Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (Wint-LES)“ entstanden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte das Projekt auf Grundlage der Hightech-Strategie der Bundesregierung im Rahmen des Förderschwerpunkts „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (LES)“ mit rund 500.000 Euro.

Im Projekt wird die abgegebene Leistung der Windkraftanlage gemessen und mit einer Software ausgewertet. „Mit der intelligenten Software können wir die Belastung, unter der die Mechanik einer Windenergieanlage steht, viel besser beobachten“, sagt Professor Bernd Orlik vom IALB. Dadurch würden Fehlerentwicklungen viel früher erkannt. Somit kann die Wartung der Energieanlagen optimal geplant werden, und zwar bevor ein Schadensfall eintritt. Die Software ermöglicht darüber hinaus die Entlastung der mechanischen Bauteile – beispielsweise bei Windböen – lediglich durch die Regelung der Stromproduktion. So kann ein Ausfall der Anlage sogar verhindert werden. „Das erlaubt einen deutlich ökonomischeren Betrieb.“ Die Messdaten werden über das Internet an den Anlagenbetreiber übermittelt und dort ausgewertet. Die Projektergebnisse lassen sich ohne großen Aufwand auch in bereits bestehende Windkraftanlagen übertragen.