Da die Anschaffungs- und Betriebskosten für einen Prüfkörper dieser Grössenordnung nur von grossen Konzernen getragen werden können, war die Systemuntersuchung für die meist mittelständig aufgestellten Komponentenlieferanten bislang nicht darstellbar.

Einzigartige Forschungseinrichtung am CWD in Aachen
Das Forschungsvorhaben mit dem Titel „Verbundprojekt: Belastungen an den Antriebskomponenten von Windenergieanlagen“ basiert auf dem Ansatz, eine WEA Gondel moderner Bauart mit aufgelöstem Antriebsstrang und aktueller Leistungsklasse von 2.75 MW so zu modifizieren, dass alle technischen Details der Anlage und auch die Forschungsergebnisse umfassend offengelegt werden können. Es wird in enger Abstimmung mit zahlreichen FVA-Mitgliedsfirmen durchgeführt. Umgebaut und untersucht wird die Gondel auf dem 4 MW Systemprüfstand des Center for Wind Power Drives (CWD) an der RWTH Aachen.

Verbesserung Zuverlässigkeit
„Das Center führt zur Erforschung der Antriebsstränge von Windenergieanlagen die Kompetenzen von sieben Forschungsinstituten der Fakultäten Maschinenbau und Elektrotechnik der RWTH räumlich zusammen. Mithilfe des Systemprüfstandes haben die Forscher erstmals die Möglichkeit das Antriebssystem einer Windenergieanlage bei realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Wir erwarten einen erheblichen Erkenntniszuwachs der uns helfen wird, die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen und ihren Antriebskomponenten weiter zu verbessern“, berichtet Prof. Georg Jacobs, Vorstand des CWD aus Aachen.

Der Ende 2014 fertiggestellte 4 MW Systemprüfstand des CWD kann Windfelder und Netzrückkopplungen realitätsnah simulieren und reproduzieren. So können Simulationsmodelle validiert und eine anforderungsgerechtere Auslegung der Windenergieanlage ermöglicht werden. Als Nebeneffekt wird es dem wissenschaftlichen Nachwuchs ermöglicht, an einer marktreifen Windenergieanlage zu forschen und zu promovieren.

Lokale Belastungen
Hintergrund für die Projektinitiative sind schadensbedingte Stillstandszeiten und kostenintensive Service-Einsätze, die trotz ausgereifter Einzelkomponenten auftreten können. Durch die extremen Drehmomente, die komplexen Lastwechsel an der Rotornabe und Wechselwirkungen mit dem Netz kommt es im Gesamtsystem Windenergieanlage zu lokalen Belastungen, welche nicht ausreichend über abstrahierte Komponententests oder verfügbare Simulationsmodelle abbildbar und vorhersehbar sind.

Unterstützung durch Siemens
„Trotz bewährter Technik sehen wir Forschungsbedarf im gesamten elektromechanischen Antriebsstrang. Die Reduzierung der Service-Einsätze für Lagerung und Getriebe, die Ausnutzung von Reserven bei der Generatorauslegung, die zunehmende Übernahme von Systemdienstleistungen zur Netzstabilisierung und -stützung durch Vollumrichtersysteme, sowie die weitere Optimierung der Anlagensteuerung sind unabdingbar für die Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen und den weiteren Ausbau der Energie-Fabrik Deutschland“, so Projektleiter Ralf Sykosch, Siemens AG. Als Anbieter von Hauptgetrieben, Generatortechnik, Umrichtersystemen und Automatisierungstechnik stellt Siemens im Rahmen der Projektpartnerschaft massgebliche Komponenten zur Verfügung.

Förderung durch 6. Energieforschungsprogramm des BMWi
Die FVA-Gondel hat im 6. Energieforschungsprogramm der deutschen Bundesregierung "Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung” vom deutschen Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) die Förderzusage zum 01.01.2015 erhalten. Das auf drei Jahre ausgelegte Projekt zur Errichtung einer Forschungsanlage für industrielle Gemeinschaftsforschung hat ein Gesamtvolumen von ca. 5.9 Mio. Euro.

„Die FVA-Gondel und der neue Systemprüfstand des CWD lassen einen häufig formulierten Wunsch vieler Unternehmen wahr werden. Denn nun ist es möglich, ein komplettes Anlagensystem zu erforschen und die Zusammenhänge zu verstehen. Zudem ermöglicht der Prüfstand den Unternehmen aus der vorgelagerten Wertschöpfungskette, wie z.B. Wälzlager- oder Schmierstoffhersteller, den Zugang zu einem wichtigen Forschungs- und Produktfeld“, so Bernhard Hagemann, stellvertretender Geschäftsführer der FVA.

Text: FVA