.
3 / 3

Das Netz nachahmen

Auch das elektrische Netz, in das eine Windenergieanlage einspeist, wird im DyNaLab nachgebildet. Das künstliche 30-kV-Mittelspannungsnetz mit 44 MVA Umrichterleistung erlaubt die Simulation von Kurzschlüssen und anderen kurzzeitigen Ereignissen im Netz mit hoher Wiederholfrequenz. Dadurch bleibt das allgemeine Versorgungsnetz unbelastet und die Prüfdauer dieser Testläufe lässt sich gemäß Herstelleranforderungen anpassen. Zu den verschiedenen Belastungssituationen gehören das Verhalten bei Sturm, fehlerhafte Pitchregelung, Netzkurzschluss oder Notstopps. Im Gondelprüfstand können also unterschiedliche Betriebsfälle beliebig oft simuliert werden. Im DyNaLab können zudem das Oberschwingungsverhalten und die Netzrückwirkungen der Gondel ermittelt werden. Für diesen Zweck wird die weltweit umfangreichste Netznachbildung installiert. Hier wird die Gondel statischen Tests unterzogen, um beispielsweise die Wirk- und Blindleistungsabgaben bei unterschiedlichen Netzzuständen oder das thermische Verhalten von elektronischen Komponenten zu untersuchen. Die Wissenschaftler bilden transiente Ereignisse im Netz nach, die auf das Gesamtsystem der Gondel wirken.

Tests verkürzen Zertifizierungsprozess

„Einen kompletten Feldtest kann die Gondelprüfung zwar nicht ersetzen, aber sie kann den Entwicklungs- und Zertifizierungsprozess unterstützen“, sagt der Projektleiter. Da im Gondelprüfstand unterschiedliche Betriebsfälle beliebig oft angefahren werden können, lassen sich beispielsweise die Betriebsführung und Regelung optimieren sowie Modell-Validierungen durchführen. Das spart Geld, reduziert das Projektrisiko und verkürzt die Zeit bis zur Markteinführung.

Anlagen überwachen und Fehler erkennen

Im vorgestellten Prüfstand des DyNaLab können komplette Gondeln von Windenergieanlagen getestet werden. Aber auch nach solchen Prüfprozessen müssen sich alle Komponenten im Betrieb bewähren. Systeme zur sogenannten Fehlerfrüherkennung überwachen dann den Maschinenzustand. Bisher wurden Windenergieanlagen reaktiv oder präventiv instand gehalten. Bei der letztgenannten Methode wurde innerhalb von festgelegten Zeitabständen die betreffende Anlage heruntergefahren, damit die Bauteile überprüft beziehungsweise ausgetauscht werden konnten. Die Folge: Auch intakte Bauteile wurden ausgetauscht und die vorhandenen Restlaufzeiten verschenkt. Die permanente, zustandsorientierte Bauteilüberwachung hat dagegen den Vorteil, dass die Windenergieanlage auch aus der Ferne überwacht werden kann.

Fehlerfrüherkennung und Windfeldmessung

Ein Condition-Monitoring-System (CMS) basiert auf einer regelmäßigen oder kontinuierlichen Erfassung des Maschinenzustands mittels Messung und Analyse physikalischer Größen, wie beispielsweise Schwingungen, Temperaturen und Lage. Die Zustandsüberwachung verfolgt dabei zwei Ziele: Sicherheit und Maschineneffizienz. Sie ist vergleichbar mit dem Structural-Health-Monitoring bei statischen Bauteilen, welches eingesetzt wird, um kontinuierlich Anhaltspunkte über die Funktionsfähigkeit von Bauteilen und Bauwerken zu erhalten. Schäden, beispielsweise Risse oder Verformungen, sollen so frühzeitig erkannt werden. Gegenmaßnahmen können schnell eingeleitet werden.
Auch mithilfe des lasergestützten LiDAR-Systems lässt sich der Maschinenzustand aus der Ferne überprüfen. LiDAR ist eine dem Radar sehr verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie zur Fernmessung atmosphärischer Parameter. Die Abkürzung LiDAR steht für Light Detection And Ranging. Statt Radiowellen – wie beim Radar – nutzt das System jedoch Laserstrahlen. Auch in Form einer Windmessboje wurde das System offshore bereits eingesetzt. Messsensoren an Windmessmasten zeichnen zudem die Windschichten in Höhen zwischen 100 und 200 Metern Höhe auf. So lässt sich der Einfluss von Waldflächen und Geländesteigungen auf das Windprofil und die Entstehung von Turbulenzen untersuchen. Sensoren am Mast erfassen die Messwerte, die zudem helfen, das LiDAR-Verfahren zu validieren und weiterzuentwickeln.

Projektinfo 15/2014:
3 / 3

Merkzettel

BINE-Abo

Publikation abonnieren

Adressen

Projektleitung
Fraunhofer IWES

Links

Video zum DyNaLab
Film des Fraunhofer IWES

EU-Projekt RELIAWIND
Abschlussbericht zum des EU-Projektes bei Cordis Europa

Infotipps

Zeitmaschine für Rotorblätter
BINE-Projektinfo 15/2011

RAVE – Forschen am Offshore-Testfeld
BINE-Themeninfo I/2012

BINE-Fachbuch

Die Nutzung der Windenergie verzeichnet weiterhin rasante technologische Fortschritte. Neben den bewährten Küstenregionen haben sich immer mehr Gebiete im Binnenland als Standorte etabliert. Auch erste Windparks vor unseren Küsten sind mittlerweile in Betrieb.

Beim IRB Verlag bestellen

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.