WEA-Retrofit

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 ist zunächst ein Messsystem zur Aufnahme der Ein- und Ausgangssignale der Leistungselektronik im Mikrosekundenbereich zu entwickeln, um deren Ausfallursachen zu ergründen. Das Messsystem wird dann zu einem möglichst herstellerunabhängigen Überwachungssystem der Leistungselektronik von Windenergieanlagen 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 wird ein Kompensationsumrichter als Funktionsmuster aufgebaut, der neben einem integrierten Überwachungssystem für die Leistungselektronik auch moderne Systemdienst-leistungen für ältere Windenergieanlagen realisiert.

Verbundpartner: http://www.ialb.uni-bremen.de, http://www.windrad-online.de, http://www.windguard-certification.de und http://www.freqcon.com

Projektkoordination

Universität Bremen
Fachbereich Physik/Elektrotechnik (FB 1)
Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik
und Bauelemente (IALB)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Orlik
Tel. 0421 218 62680
E-Mail: b.orlik@ialb.uni-bremen.de

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

WALiD

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 erhält 3,964,797 Euro an EU-Forschungsmitteln zur Entwicklung von kosteneffizienten Materialien für größere Blätter von Offshore Windenergieanlagen. Die Projektmittel stammen aus dem 7. EU Rahmenprogramm für Forschung, technologische Entwicklung und Demonstration.
WALiD-Postcard

Entwicklung einer Software zur Auslegung von Offshore-Windenergieanlagen

In diesem vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Mecklenburg-Vorpommern geförderten Projekt wurde ein Berechnungsprogramm entwickelt, das es gestattetin Abhängigkeit von Standortparametern (Wind, Wellen, Wassertiefe, Bodenbeschaffenheit,etc.) zu einer gegebenen Windenergieanlage  eine passende Offshore-Tragstruktur zu ermitteln. Das Programm ermittelt die Art der Tragstruktur und ermöglicht eine genauere, auf die Eigenschaften der WEA abgestimmte Auslegung. Die Software kann als eigenständiges Simulationswerkzeug angeboten werden aber auch in modularer Form ein Simulationsprogramm eingebunden werden.

Als Tragstrukturen für Offshore Windkraftanlagen kommen folgende Varianten in Frage: Schwerkraftfundament, Monopile, Tripile, Tripod, Jacket. Für jede Tragstruktur wurde ein skalierbares Parametermodell erstellt. Dies ermöglicht einerseits die Reduzierung der Struktur auf die lastrelevanten Freiheitsgrade (Beschleunigung der Lastrechnung) und andererseits die Anpassung der Struktur an die äußeren Gegebenheiten.

Die Interaktion zwischen Boden und Tragstruktur wurde in die Modellierung einbezogen. Für Schwerkraftfundament wurde hierbei die in Onshore-Lastrechnungen bewährte Theorie schwerer Maschinenfundamente auf den Offshore-Anwendungsfall übertragen. Für Tripod/Tripile wurden die Bodenkennwerte in Federsteifigkeiten übertragen.  Für Jacket-Anwendungen ist eine Strategie im Rahmen des Ersatzmonopiles gewählt worden. Es ist gelungen, die nichtlineare Bodeninteraktion mit Hilfe einer sogenannten p-Y-Kurve Beschreibung in die Monopileauslegung zu übertragen. Zusätzlich wurde hier auch noch die Interaktion mit dem Turm der WEA integriert und zu einem eigenständigen Tool zur Auslegung einer lastoptimalen Gesamttragstruktur entwickelt.

Windenergieanlagen mit intelligenter Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung, WintLES

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.

Wint-LES

Arbeitseinsatz in 80 Meter Höhe: Zu sehen ist das Herzstück einer Windenergieanlage. In der so genannten Gondel befindet sich die gesamte Antriebstechnik. (Quelle: Bremer Centrum für Mechatronik, Universität Bremen)

Weitere Informationen:

DEWEC 2012

pdficon_large Wind Energy Converters With Advanced Power Electronics For Load Analysis – Paper (0.98 mb)

EWEA 2014

pdficon_large Observer structures in advanced power electronics for load analysis and power control – Paper (1.180 mb)

pdficon_large Observer structures in advanced power electronics for load analysis and power control – Poster (3.010 mb)

FP7-WAUDIT (2009-2013)

Das Projekt WAUDIT (engl: Wind resource assessment audit and standardization) wurde im Oktober 2013 offiziell beendet. Insgesamt waren 23 Marie Curie Stipendiaten an 13 Institutionen des Netzwerks tätig. Für Fachzeitschriften, Conference Proceedings und Arbeitstreffen wurden über 100 Veröffentlichungen publiziert. Windrad Engineering hat sich als „Associated Partner“ daran beteiligt und einer Doktorandin die Möglichkeit gegeben im industriellen Umfeld ihre Forschungsarbeit auf die industriellen Bedürfnisse abzustimmen. Mitarbeiter von Windrad Engineering haben an den Workshops teilgenommen.