Forschungswindenergieanlage
Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente
Simulationsmodelle und digitale Zwillinge
Am IALB der Universität Bremen gibt es verschiedene Möglichkeiten zu detaillierten Untersuchungen an Windenergieanlagen, sowohl simulatorisch als auch am Prüfstand und im Freifeld. Das Institut verfügt über mehrere Windenergieanlagen vom Typ Krogmann 15/50, die bereits bei einer Nennleistung von nur 50 kW sämtliche Funktionsmerkmale einer „großen“ Windenergieanlage aufweisen. An solchen „kleinen“ Anlagen sind Änderungen und Anpassungen mit einem vertretbaren Aufwand möglich.
Im Industriepark Bremen betreiben das ForWind Institut BIMAQ (Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft) und die Deutsche WindGuard GmbH aus Varel die 180 Meter hohe Forschungswindenergieanlage „UNI Bremen“. Auf der 3,4-Megawatt-Anlage werden systematische Untersuchungen zur Entwicklung und Erprobung praxistauglicher Lösungen in der Anlagentechnik durchgeführt. Sie soll Messdaten für Verbesserungen bei Konstruktion, Werkstoffwahl, Fertigung und Steuerung von WEA liefern.
Schwerpunkte der Forschung
Simulationsmodell
Es wurde ein detailliertes Simulationsmodell einer Krogmann 15/50 erstellt, um zu erwartende Belastungen bzw. die Auswirkungen neuer Steuerungs- und Regelungsverfahren schon vor einem Einsatz auf dem Prüfstand bzw. im Freifeld abschätzen zu können.
Hier kann die Methode der Mehrkörpersimulation in Kombination mit einem detaillierten Modellaufbau wertvolle Aussagen zur dynamischen Auslegung und Optimierung des Gesamtsystems geben.
Eine mögliche Mehrkörperdarstellung des Triebstrangs beinhaltet einzelnen Komponenten wie Rotor, Getriebe, Welle, Generator, usw. als konzentrierte Massen. Diese sind untereinander und mit dem Gehäuse über Feder- / Dämpferelemente verbunden, die die axialen Torsions- und Biegesteifigkeiten abbilden. Ebenso können die Rotorblätter und der Turm als elastische Elemente simuliert werden.
Das Modell erlaubt es, die aerodynamischen Effekte z.B. durch turbulenten Wind oder Böen realitätsnah zu simulieren und damit die zu erwartenden mechanischen Belastungen sowohl im Triebstrang als auch diejenigen auf Gondel und Turm zu ermitteln.
Krogital
In dem EFRE-geförderten Kooperationsvorhaben „Krogital – Digital Cloud-Twin Krogmann 15/50 in Bremen/Bremerhaven“ haben die zwei Institutionen der Universität Bremen (Bremer Centrum für Mechatronik [BCM] und Bremer Institut für Integrierte Produktentwicklung [BIK]) gemeinsam mit Partnern das Ziel erreicht, eine von dem BCM-Mitgliedsinstitut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente [IALB] betriebene Windenergieanlage (WEA) durch die Einrüstung einer umfassenden Sensorik zu digitalisieren. Dazu war es notwendig, hochfrequente Messdaten aus dem Betrieb kontinuierlich aufzuzeichnen. Nach der in dem Projekt vorgenommenen Einrüstung der WEA mit moderner Sensortechnik durch das BCM und das BIK, wurden die Daten fusioniert und in die Cloud zur intelligenten Weiterverarbeitung übertragen. Für diese Hardwareschnittstelle hat das BCM einen Datenlogger aufgebaut und an der WEA eingesetzt.
WindIO
In diesem Projekt geht es um das Erschließen neuer Potentiale zur Ertragssteuerung und Beschleunigung des Innovationstempos in der Windenergie. Im Rahmen des Verbundprojekts „WIND IO“ wird ein cyberphysisches System (CPS) einer sich im Betrieb befindlichen Windenergieanlage aufgebaut. Es werden geeignete Schnittstellen für ein ganzheitliches Konfigurationsmanagement und damit ein standardisiertes datenbasiertes Entwicklungswerkzeug für die Windenergietechnik geschaffen.
Zielsetzungen
- Entwicklung einer allg. Methodik für den systematischen Aufbau eines CPS einer sich im Betrieb befindlichen WEA.
- Erstellen von Anwendungsszenarien und Entwicklung standardisierter Schnittstellen für die Integration eines WEA-spezifischen Konfigurationsmanagements.
- Aufrüstung der 50 kW-Forschungs-WEA des IALB zu einem CPS und Approximation des Betriebsverhaltens der physik. Anlage durch ihr digitales Abbild.
- Verknüpfung der Anlagen- und Betriebsdaten mit Wetter- und Standortinformationen sowie mit Verschleiß- und Alterungsmodellen für die Entwicklung intelligenter Betriebsstrategien.
- Übertragung der allg. Methodik auf WEA der Megawatt-Klasse. In-situ-Plausibilisierung erzielter Teilergebnisse mit der 3,4 MW-Forschungs-WEA, betrieben von dem Verbundpartner Deutsche WindGuard GmbH.
