Großtechnischen Prüfstand für komplette Gondeln von Windenergieanlagen bis 10MW

10-MW-Gondelprüfstand DyNaLab © IDOM / Fraunhofer IWES
10-MW-Gondelprüfstand DyNaLab
© IDOM / Fraunhofer IWES

(WK-intern) – DyNaLab – Dynamic Nacelle Laboratory – Gondelprüfstand mit einer geplanten Antriebsleistung von ca. 10 MW
DyNaLab & Technologieentwicklung

Das Fraunhofer IWES beschäftigt sich im Rahmen des öffentlich geförderten Forschungs-vorhabens DyNaLab (Dynamic Nacelle Laboratory) mit einem großtechnischen Prüfstand für komplette Gondeln von Windenergieanlagen. Mit dem DyNaLab wird ab 2014 erstmals in Deutschland ein solches realitätsnahes Testumfeld im Multimegawattbereich allen Anlagenherstellern zugänglich sein und aussagefähige Labortests zur Beurteilung und Optimierung von bestehenden und zukünftigen Anlagenkonzepten ermöglichen. Die technischen Anforderungen an diese Test- und Experimentierplattform wurden in enger Zusammenarbeit mit der Windenergiebranche sowie Forschungs- und Entwicklungs-partnern definiert. Technologieentwicklungen und industrienahe Forschung rund um das mechatronische Subsystem Triebstrang bilden zukünftig einen weiteren Schwerpunkt innerhalb der Abteilung.

Simulation verschiedener Netzzustände
Der Gondelprüfstand mit einer geplanten Antriebsleistung von ca. 10 MW wird mit zusätzlichen Einrichtungen für die Simulation verschiedener Netzzustände zur Nachbildung von „Fault Ride Through“(FRT)-Szenarien und Kompatibilitätsprüfungen mit den unter-schiedlichen „Grid Codes“ ausgestattet. Seine konsequente Auslegung für Hardware-in-the-Loop Betrieb soll zum einen die realitätsnahe Simulation von Schnittlasten an der Rotorwelle und zum anderen die Nachbildung der Verhältnisse am  Netzeinspeisepunkt ermöglichen. Die Sollwertvorgaben für die Prüfstandsregelung werden mit Hilfe von Anlagen- und Windsimulationsmodellen in Echtzeit berechnet.

Direkt- oder Hybrid-Drive-Topologien
Die Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten der Abteilung Antriebsstrang fokussieren auf „Direct-“ oder „Hybrid-Drive“ Topologien, d.h. kompakte Triebstrangkonzepte mit langsam laufenden Direktantrieben oder integrierten niedrig übersetzenden Getriebelösungen und mittelschnell laufenden Generatoren. Spezielle Schwerpunkte bilden die Optimierung von bestehenden sowie die Entwicklung neuartiger Generatorkonzepte, die mechanische Integration, optimierte Magnetkreise sowie der Einsatz neuer Werkstoffe für den Elektro-maschinenbau. Auf das Generatordesign abgestimmte Ansteuerverfahren für den Mittelspannungsbereich, detaillierte Verlustbetrachtungen und Analysen des Thermalhaushaltes vervollständigen diesen Bereich.

Es sollen ferner neue regelungstechnische Ansätze für die aktive Schwingungsdämpfung in „Direct-„ und „Hybrid-Drive“-Antriebssträngen entwickelt werden, die sich veränderlichen äußeren Einflüssen, variablen Systemeigenschaften und Zielfunktionen anzupassen können. Nach Inbetriebnahme bietet das DyNaLab zukünftig die Möglichkeiten, neue und bereits bekannte regelungstechnischen Konzepte zur Lastkollektivreduktion zusammen mit den Herstellern realitätsnah im Labor und direkt an den Anlagen zu erproben und zu optimieren.

Modularisierung und Standardisierung
Um sich auf einem zunehmend internationaleren Herstellermarkt zu behaupten und die ambitionierten politischen Ziele für den weiteren Ausbau der Windenergienutzung zu erreichen, gewinnen neben allen technischen Eigenschaften die Investitionskosten eine entscheidende Bedeutung. Als einen möglichen Schlüssel zum Erfolg und nach dem Vorbild anderer Industriezweige wird die Modularisierung und Standardisierung speziell für getriebelose Anlagen im Leistungsbereich 2-3MW als Entwicklungstrend gesehen. Ziel zukünftiger Arbeiten ist hier die Erarbeitung und Validierung von Schnittstellendefinitionen für Triebstrangkomponenten und Anlagensubsystemen zusammen mit Industrie- und Forschungspartnern.

PM: Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

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