Die Windrad Engineering GmbH aus Bad Doberan erforscht die Lebensdauer von Leistungselektronik in Windenergieanlagen

Die Windrad Engineering GmbH will in einem Verbundprojekt die Lebensdauer von Leistungselektronik in Windenergieanlagen erhöhen und die Möglichkeiten einer rechtzeitigen und planbaren Wartung der Leistungselektronik erforschen. Das Unternehmen aus Bad Doberan arbeitet im Projekt mit dem Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen sowie den Unternehmen WindGuard Certification GmbH und FREQCON GmbH zusammen. Das Verbundprojekt mit dem genauen Titel „Herstellerunabhängiges Retrofitting und Restlebensdauerbewertung der Leistungselektronik von Windenergieanlagen mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator“, kurz „WEA-Retrofit“, wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über einen Zeitraum von drei Jahren mit 1,1 Millionen Euro gefördert.

Stark abweichende Belastungen

Die Lebensdauer der Leistungselektronik in Windenergieanlagen wird entscheidend durch die tatsächlich durchlebten Belastungen bestimmt, denen die Elektronik im rauen Alltag einer Windenergieanlage ausgesetzt ist. Sie muss sowohl die Belastungen aus dem Wind, Wechselwirkungen verschiedener leistungselektronischer Systeme untereinander als auch die Belastungen aus dem Netz ertragen. Selbst bei Anlagen, die sich innerhalb ein und desselben Windparks befinden, können diese stark voneinander abweichen. Welche Belastungen die Leistungselektronik einer Windenergieanlage tatsächlich erfährt, ist folglich noch unbekannt.

Ausfälle bislang nicht vorhersehbar

Analysen der Ausfallstunden verschiedener doppeltgespeister Windenergieanlagen zeigen, dass die Summe der Ausfallzeiten von Generatoren und Umrichtern in den Anlagen genauso hoch sind wie die von Getrieben. Bei Getrieben werden durch den systematischen Einsatz von „Condition Monitoring Systemen“ und Untersuchungen im Innern entstehende Schäden bereits frühzeitig erkannt und somit Reparaturen schon vor dem Ausfall geplant. Ausfälle in der Leistungselektronik und elektrische Fehler am Generator von Windenergieanlagen hingegen sind nach wie vor nicht vorhersehbar. Eine vorausschauende Reparaturplanung, Bereitstellung von Spezialisten und Ersatzteilen ist derzeit nicht möglich.

Ziel: Schäden vorhersagen

Ziel des Verbundprojektes ist es, basierend auf der Online-Auswertung spezifischer Messungen eine modellbasierte Berechnung der zu erwartenden Restlebensdauer der Leistungselektronik von Windenergieanlagen durchzuführen. Dieser neue Ansatz soll unmittelbar in Labor- und vor allem im Feld-Versuch erprobt werden, um die Vorhersage von Schäden in der Leistungselektronik zu verbessern. Zukünftig wäre dann beispielsweise eine rechtzeitige Wartung der Leistungselektronik möglich, wie sie bei Getrieben bereits existiert und lange sowie teure Ausfallzeiten verhindert.

Ablauf des Projektes und Partner

In einem ersten Schritt sollen die Ausfallursachen der Leistungselektronik von Windenergieanlagen durch umfangreiche hochauflösende Messungen ergründet werden. Der Projektpartner WindGuard Certification GmbH unterstützt die Forscher der Universität Bremen mit Expertenwissen bei der Vermessung der Netzeigenschaften. Das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen erarbeitet als Mitglied im Zentrum für Windenergieforschung (ForWind) der Universitäten Bremen, Hannover und Oldenburg zusammen mit der Windrad Engineering GmbH im Rahmen des Vorhabens spezielle Messsysteme. Beide Partner werden die Messsysteme dann im Sommer dieses Jahres in Windenergieanlagen mit doppeltgespeistem Asynchrongenerator installieren. Sie sollen dann zu einem herstellerunabhängigen Überwachungssystem der Leistungselektronik von Windenergieanlagen weiterentwickelt werden. Hierzu sind umfangreiche Versuchsreihen in den Laboren des IALB geplant. Auf Basis der im Verlauf des Projektes gewonnen Erkenntnisse sollen dann die erarbeiteten Online-Modelle zur Bestimmung der Restlebensdauer der Leistungselektronik durch den Projektpartner FREQCON GmbH in die Steuerung eines Kompensationsumrichters als Funktionsmuster integriert werden. Hierdurch ist eine Nachrüstung von über zehn Jahre alten Anlagen unter Vermeidung einer erneuten Anlagenzertifizierung möglich. Darüber hinaus stellt der Umrichter auch moderne Systemdienstleistungen für ältere Windenergieanlagen zur Verfügung. Die während der Messkampagne generierten Messdaten und Auswertungen werden darüber hinaus den Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven zur Verfügung gestellt, um erstmalig einen Datenpool mit hochaufgelösten Messdaten von Windenergieanlagen in Deutschland zu etablieren.

Weitere Informationen zu den Verbundpartnern unter www.ialb.uni-bremen.de, http://www.windrad-online.de, http://www.windguard-certification.de und http://www.freqcon.com