In Bremerhaven entsteht ein Prüfstand, der komplette Gondeln von Windenergieanlagen der Multi-Megawattklasse testen kann. Bisher einmalig: Ein Lasteinleitungssystem simuliert mechanisch die im Feld wirkenden Windlasten. Die Forscher untersuchen die elektrischen Komponenten mittels eines nachgeahmten Stromnetzes. Labortests liefern zudem Hinweise darauf, wie sich Anlagenkonzepte verbessern lassen. Der Teststand verfügt mit diesen Eigenschaften über die weltweit leistungsstärkste Netzsimulationsanlage.

Immer größer werdende Windenergieanlagen und neue Anlagendesigns müssen sich als zuverlässig und leistungsfähig erweisen – auch unter herausfordernden Betriebsbedingungen. Besonders Blitzeinschläge, Extremlasten aber auch Ermüdungserscheinungen sowie Verschleiß der Bauteile sind allgegenwärtige Risiken. In höheren Lagen sind größere Windgeschwindigkeiten eine zusätzliche Belastung für die immer größer dimensionierten Türme.
Laut einer Zuverlässigkeitsstudie an drehzahlvariablen Windenergieanlagen (WEA) im Rahmen des EU-Projektes RELIAWIND entstehen die häufigsten Fehler im elektrischen System und im mechanischen Triebstrang. Die technische Zuverlässigkeit der großvolumigen und tonnenschweren Gondeln von WEA – denen die Komponenten überwiegend zugeordnet sind – bestimmt in hohem Maße die Gesamtverfügbarkeit am Netz. Daher werden beschleunigte und realitätsnahe Testverfahren immer wichtiger. Bisher müssen Hersteller für jede neue Anlage einen Prototyp errichten – ein sehr zeit- und kostenintensives Verfahren. Mithilfe beschleunigter Testverfahren auf einem Gondelprüfstand lässt sich die Prototypen-Testphase erheblich verkürzen.

Das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Bremerhaven entwickelte zu diesem Zweck ein Prüfzentrum, das sogenannte Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab). Herzstück des DyNaLab ist ein Gondelprüfstand, in dem ab Frühjahr 2015 in erster Linie getriebelose Gondeln – ob Prototyp oder Serienanlage – bis 8 Megawatt elektrischer Leistung für den Onshore- und Offshore-Einsatz getestet werden können. Im Labor können Feldversuche unter realitätsnahen Bedingungen nachgeahmt werden. Auch weitere Testeinrichtungen für WEA-Hauptkomponenten, wie Umrichter, Generatoren, Lager und Hauptwellen, ergänzen den Gondelprüfstand. „Die Tests im Prüfstand helfen, die Zuverlässigkeit der Anlagen – besonders offshore – zu erhöhen. Zudem können die Lasten, die auf den Triebstrang wirken, durch neue Regelstrategien reduziert werden“, fasst DyNaLab-Projektleiter Martin Pilas die Vorteile für Hersteller und Betreiber von Windenergieanlagen zusammen. Die Tests ermöglichen eine Reduktion der Turmkopfmasse, eine verbesserte Betriebsführung und Regelung, die Steigerung der Netzverfügbarkeit und verkürzte Produktionseinführungszeiten dank beschleunigter Zertifizierung.

Die Untersuchungen im Gondelprüfstand tragen dazu bei, die Anlage besser zu verstehen. Durch die Nachbildung bestimmter Betriebsfälle können Schwachstellen erkannt oder Gegenmaßnahmen entwickelt werden, was sie zuverlässiger macht. Ehe der erste Prototyp im Feld aufgebaut wird, können eventuelle Schwachstellen noch während der Konstruktion behoben werden. Das verkürzt die Phase der Inbetriebnahme, was wiederum zu einer schnelleren Markteinführung führt. Bevor eine Gondel getestet werden kann, wird zunächst eine detaillierte Prüfkampagne erstellt; dazu gehört auch das Sicherheitskonzept. Dabei werden zum Beispiel Lastgrenzen oder Abbruchkriterien festgelegt und die jeweiligen Adapter vor Ort konstruiert. Je nach Kundenwunsch dauert ein Gondeltest drei bis zwölf Monate. Maximal können also zwei bis vier Gondeln im Jahr auf den Prüfstand.