Entgegen den Erwartungen hat sich bis heute kein dominierendes Konzept für die Gestaltung von Triebsträngen für Windenergieanlagen durchgesetzt. Insbesondere in den letzten Jahren wurden innovative Designs auf den Markt gebracht, z.B. hydraulische Kraftübertragung oder integrierte Getriebe-Generator-Lösungen. Neue Anforderungen durch spezielle Umweltbedingungen wie zum Beispiel im Offshore-Bereich oder für spezifi sche Märkte wie Kleinwindanlagen schaffen einen Bedarf an angepassten Lösungen. Ähnlich wie bei den anderen Komponenten der Windenergieanlage müssen auch Bauteile des Triebstrangs höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit erfüllen. Daher werden Ansätze zur schnellen Validierung zunehmend wichtig.
Auslegung und Validierung von Triebsträngen und deren Bauteilen
Schwerpunkte der Arbeit des FVWE bilden die Optimierung von bestehenden sowie die Entwicklung neuartiger Generatorkonzepte, die mechanische Integration, optimierte Magnetkreise, der Einsatz neuer Werkstoffe für den Elektromaschinenbau, Magnettechnologie und Supraleiter (HTS). Auf das Generatordesign abgestimmte Ansteuerverfahren für den Mittelspannungsbereich, detaillierte Verlustbetrachtungen und Analysen des Thermalhaushaltes vervollständigen diesen Bereich.
Bei der Auslegung von Windenergieanlagen spielen Betriebsfestigkeit und Lebensdauer eine besondere Rolle, um die Sicherheit und eine hohe technische Verfügbarkeit des Produkts zu gewährleisten. Der Weg zu höheren Leistungsklassen und das damit verbundene Hochskalieren von Komponenten zeigen jedoch neue, unerwartete Effekte. Um die aktuelle Auslegungspraxis von Großkomponenten zu überprüfen, mehr Sicherheit bei der Auslegung zu erreichen und die Voraussetzung für Gewichteinsparungen zu schaffen, bietet der Forschungsverbund die Nutzung von Großprüfständen an. Theoretische Modelle zur Bauteilauslegung und Verfahren zur beschleunigten Dauerprüfung können durch Messungen verbessert und validiert werden.
Regelung von Triebsträngen
Ebenso wie für Rotorblätter können Regelungskonzepte das Betriebsverhalten der Windenergieanlage optimieren. Hierfür werden im Forschungsverbund neue Verfahren erprobt, die zum Beispiel ohne zusätzliche Sensoren und nur auf der Basis bereits vorhandener Anlagensignale arbeiten und somit eine robuste und kostengünstige Regelung der Triebstrangdynamik erlauben.
Leistungselektronik
Die zunehmend komplexe Leistungselektronik hat mehrere Aufgaben in einer Windenergieanlage. Einerseits ermöglicht sie einen ertrags- und last-optimierten hochdynamischen drehzahlvariablen Betrieb, andererseits erfüllt sie Anforderungen der Netzseite an Frequenz- und Spannungsstabilität auch im Fehlerfall. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, entwickelt der Forschungsverbund neue modulare Umrichtersysteme unter Verwendung innovativer Materialien und hochfrequenter Regelungskonzepte. Auch die Integration einer großen Anzahl derartiger Systeme in die Netze wird untersucht und optimiert.