Hocheffiziente Offshore-Windkraftanlagen mit höheren Generatorspannungen

Multi-Megawatt-Anlagen werden zunehmend mit höheren Generatorspannungen konzipiert / Foto: F&S
Multi-Megawatt-Anlagen werden zunehmend mit höheren Generatorspannungen konzipiert / Foto: F&S

Windenergie stellt in Deutschland schon heute den größten Anteil der erneuerbaren Energien.

(WK-intern) – Mit dem wachsenden Ausbau der Windkraft weltweit gewinnen Anlagen immer höherer Leistung, vor allem in Offshore-Windparks, weiter an Bedeutung.

Mit der Anlagenleistung steigen jedoch auch die Verluste bei der Übertragung der elektrischen Energie vom Generator hinter den Rotorblättern zum Umrichter im Fuß der Windkraftanlage. Um diese Verluste zu reduzieren, werden Multi-Megawatt-Anlagen zunehmend mit höheren Generatorspannungen konzipiert. Wenn die Generatorspannung verdoppelt wird, können diese Verluste zum Beispiel um bis zu drei Viertel verringert werden.

Im Verbundprojekt „Robuste und energieeffiziente Leistungselektronik für Offshore-Windenergieanlagen (MLUoff)“ schaffen Forscher der Professur Leistungselektronik des Elektrotechnischen Instituts der TU Dresden und der Industriepartner F&S Prozessautomation und SEMIKRON nun gemeinsam die technischen Voraussetzungen, um die Generatorspannung von derzeit 1000 Volt auf über 6600 Volt zu steigern. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Förderbekanntmachung „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (LES) Teil 2: Elektronik für die Energie der Zukunft“ mit insgesamt 2,86 Millionen Euro gefördert und ist Teil des Programms „IKT2020 – Forschung für Innovationen“.

Multi-Megawatt-Anlagen arbeiten heute mit Generatorspannungen von bis zu 1000 Volt. Um den Sprung auf mehr als 6600 Volt zu schaffen, entwickeln die Partner im Projekt MLUoff einen modular aufgebauten Umrichter, der diese hohe Spannung mit Hilfe von intelligenten leistungselektronischen Bausteinen vor der Netzeinspeisung wandelt. Der Aufbau aus einzelnen Umrichterzellen ermöglicht nicht nur eine Anpassung an verschiedene Generatorspannungen, sondern gewährleistet auch eine hohe Anlagenzuverlässigkeit bei Ausfällen einzelner Zellen.  Vor der praktischen Umsetzung sind jedoch noch offene Fragen zu klären: Das System muss robust genug für den Einsatz auf hoher See sein, denn für Reparaturen sind die Anlagen schlecht zugänglich. Die eingesetzten Leistungshalbleiter müssen den starken Belastungsschwankungen aufgrund der häufig wechselnden Windverhältnisse über viele Jahre standhalten. Die Systemredundanz soll zudem gewährleisten, dass die Funktion der Windenergieanlage auch bei Ausfall einzelner Zellen bis zum nächsten planmäßigen Service in Betrieb gehalten werden kann – und das bei konkurrenzfähigen Kosten. Bis zum Ende der Projektlaufzeit 2017 wollen die Projektpartner hierfür gemeinsam Lösungen finden und das neue Prinzip an einem verkleinerten Modell des Umrichters am Elektrotechnischen Institut der TU Dresden demonstrieren.

Das Elektrotechnische Institut der TU Dresden

Das Elektrotechnische Institut (ETI) der TU Dresden forscht und lehrt auf den Gebieten Leistungselektronik, Antriebstechnik und elektrische Maschinen sowie theoretische Elektrotechnik und blickt auf eine über 100-jährige wissenschaftliche Tradition zurück. Das ETI ist Bestandteil der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik, einer der forschungsstärksten elektrotechnischen Fakultäten in Deutschland. http://www.et.tu-dresden.de/etit/index.php?id=290

F&S Prozessautomation

Das inhabergeführte Unternehmen ist seit seiner Gründung 1990 im Bereich Automation und Leittechnik auf dem Sektor Systemlösungen für Energieerzeugung, Verteilnetze, Industrie- und Infrastrukturanlagen tätig. Im Bereich Antriebstechnik werden weltweit Synchronmaschinen bis über 30 MW, in Erzeugeranlagen Generatoren bis weit in den dreistelligen Megawattbereich hinein auf Basis eigener Produkte automatisiert. Umrichterlösungen z.B. für Großprüffelder oder zur Kurzschlussbegrenzung generatornaher Mittelspannungsnetze, sowie übergeordnete, objektorientiert-generische Leittechniklösungen in verteilten Architekturen für Kraftwerke, Windparks on- und offshore, Flughäfen und andere energie- und verkehrstechnische Infrastrukturanlagen komplettieren das Portfolio.

SEMIKRON

SEMIKRON ist weltweit tätig und stellt Leistungselektronik-Komponenten und -Systeme vorwiegend im mittleren Leistungssegment (ca. 2 kW bis 10 MW) her. Zu den Anwendungen gehören drehzahlgeregelte Industrieantriebe, Automatisierungstechnik, Schweißanlagen, und Aufzüge. Weitere Anwendungsbereiche sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), erneuerbare Energien (Wind, Solar) sowie die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen, Flurförderfahrzeugen, Sportwagen und mobilen Arbeitsmaschinen. Das Familienunternehmen hat seinen Hauptsitz in Nürnberg. Es wurde 1951 gegründet und beschäftigt weltweit 2.800 Mitarbeiter. Ein internationales Netzwerk aus 30 operativ tätigen Gesellschaften mit Produktionsstandorten in Brasilien, China, Deutschland, Frankreich, Indien, Italien, Korea, Slowakei, Südafrika und den USA garantiert eine schnelle und umfassende Betreuung des Kunden vor Ort.

PM: TU Dresden

Weitere Beiträge:



Diesen Artikel weiterempfehlen:






Top