Luftbild Dynalab und Prüfstand HiL-Gridcop. In den kommenden Jahren sollen noch ein Netzsimulator mit 80 MVA und eine Testeinrichtung zur Prüfung von Hauptumrichtern dazu kommen. ©Bild: Peter Sondermann City-Luftbilder

Offizielle Eröffnung des Prüfstands Hil-Gridcop in Bremerhaven. ©Bild: FI/IWES

Netzeigenschaften von Windenergieanlagen optimieren: Prüfstand für Umrichter-Generatorsysteme von Multi-MW-Turbinen reduziert Kosten und Aufwand

(FI/IWES) Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES hat in einer ersten Ausbaustufe einen neuen Prüfstand im Rahmen des Projekts Hil-Gridcop in Bremerhaven offiziell in Betrieb genommen. In der neu errichteten Halle werden künftig Umrichter-Generatorsysteme für multi-Megawatt Windenergieanlagen auf ihre elektrische Netzverträglichkeit hin geprüft. In zwei weiteren Ausbauschritten erweitert das Fraunhofer IWES Prüfkapazitäten für elektrische Systeme von Windenergieanlagen und anderer Energieerzeugungsanlagen.


Netzbetreiber stellen an eine Windenergieanlage generell hohe und zukünftig weiter steigende Ansprüche für den Anschluss an das öffentliche Stromnetz, die in umfangreichen Tests überprüft werden müssen. Mit Prüfständen lassen sich reproduzierbare Laborbedingungen für realitätsnahe Validierungstests schaffen. Damit werden zum einen Kosten und der zeitliche Aufwand reduziert, da die Prüfung unabhängig vom Wind und nur an dem relevanten Teilsystem der Anlage erfolgen kann. Zum anderen ergeben sich tiefere und zukunftssichere Testmöglichkeiten durch mehr technische Freiheitsgrade am Prüfstand. Der Nachweis elektrischer Eigenschaften neuer Windenergieanlagen erfolgte bislang ausschliesslich im Feld.

Besser planbare Markteinführungszeiten
Im Rahmen des Projekts Hil-Gridcop, kurz für ‚Hardware-in-the-Loop-Prüfung der elektrischen Netzverträglichkeit von multi-Megawatt Windenergieanlagen mit schnelllaufenden Generatorsystemen‘, wurde eine Prüfmethodik entwickelt, um die elektrische Zertifizierung im Labor an einem Minimalsystem, jedoch nicht der gesamten Windenergieanlage, durchzuführen. Durch die automatisierte Testdurchführung und den deutlich reduzierten logistischen Aufwand verspricht dieses Verfahren reduzierte Kosten sowie kürzere und besser planbare Markteinführungszeiten für Hersteller von Windenergieanlagen.

Gemeinsam mit Windenergieanlagen-Herstellern arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IWES in dem Projekt. „Das neue Prüfverfahren bietet eine schnelle und kostengünstige Durchführung von Versuchen, um die elektrischen Eigenschaften von Windenergieanlagen nachzuweisen“, sagt Christian Fenselau, Chief Specialist Test & Validation, Vestas Nacelles Deutschland GmbH. „Der prüfstandsbasierte Nachweis der elektrischen Netzeigenschaften von Windkraftanlagen ist ein Schlüssel für Windkraftanlagenhersteller den steigenden Marktanforderungen an kürzere Entwicklungszeiten und höhere Variantenvielfalt gerecht zu werden. Wir hoffen mit dem Projekt einen signifikanten Beitrag zu leisten, dass Prüfstandsergebnisse durch Zertifizierungsrichtlinien akzeptiert werden. Darüber hinaus werden sich die Anforderungen aus Netzanschlussregelungen (kurz Grid-Code) auch künftig verschärfen, so dass einige Eigenschaften von Windenergieanlagen im Feld nicht nachweisbar sein werden. Damit erhalten zukünftig Testverfahren für die elektrischen Eigenschaften auf Prüfständen eine noch höhere Relevanz”, ist sich Christian Wessels, Director Electrical Engineering, Nordex Energy GmbH, sicher.

Zwei weitere Projekte
Neben dem neuen Prüfstand Hil-Gridcop als Ergänzung zu dem bestehenden Gondelprüfstand Dynalab investiert das Fraunhofer IWES in zwei weiteren Ausbaustufen in weitere Prüfinfrastruktur, um den steigenden Anforderungen für Windenergieanlagen zum Anschluss an das Übertragungsnetz gerecht zu werden. Darüber hinaus wird die Prüfinfrastruktur des Instituts auch für andere Energieerzeugungsanlagen, z. B. Wasserstoffproduktion, Photovoltaik- und Speichertechnologie, eingesetzt. Am Standort Bremerhaven realisiert das Fraunhofer IWES zwei weitere Projekte, um die Leistung und die Netzverträglichkeit von Windenergieanlagen zu verbessern.

Mobil-Gridcop
Mit dem Projekt ‚Mobile Testeinrichtung für Grid-Compliance Prüfungen – Mobil-Gridcop‘ entwickelt das Fraunhofer IWES den derzeit grössten Netzsimulator mit einer Leistung von 80 Megavoltampere (MVA). Dieser lässt sich einerseits nahtlos in die bestehende Testinfrastruktur des Dynalab integrieren und kann andererseits auch direkt bei Partnern und Kunden zum Testen von Anlagen mit bis zu 66 kV eingesetzt werden. Zudem ist auch die Anbindung an das geplante Wasserstofftestfeld möglich. Die Inbetriebnahme wird voraussichtlich 2022 erfolgen.

PQ4Wind
Im Projekt ‚PQ4Wind – Power Quality Test und Impedanz-Modell Validierung für Hauptumrichter von Windenergieanlagen‘ baut das Fraunhofer IWES gemeinsam mit dem Projektpartner Convertertec GmbH eine Testeinrichtung zum Entwickeln und Optimieren von Hauptumrichtern von Windenergieanlagen sowie zur Validierung der elektrischen Eigenschaften bis zur 200. Oberschwingung auf. Ein weiterer Aspekt des Projektes liegt auf der Entwicklung von Messverfahren zum detaillierten Bestimmen des transienten Verhaltens und der Impedanz von Umrichtersystemen sowie deren Komponenten. Des Weiteren werden Testverfahren zur Validierung zukünftiger spannungsbildender Regelverfahren zur Netzkopplung von Windenergieanlagen entwickelt und Grundlagenentwicklung zur komponentenbasierten Zertifizierung der elektrischen Eigenschaften von Energieerzeugungsanlagen betrieben. Die Infrastruktur wird voraussichtlich 2022 in Betrieb genommen.

Text: Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES

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