ErWind
Verbesserung der Erfassung von Windlasten an WEA-Systemprüfständen
Der Entwicklungsprozess neuer und leistungsfähigerer Windenergieanlagen (WEA) wird von umfangreichen Tests begleitet, die das WEA-Design absichern. Die finalen Tests werden an Systemprüfständen durchgeführt. Derzeit sind weltweit zahlreiche Prüfstände im Leistungsbereich von 1 MW bis 30 MW in Betrieb oder im Aufbau. Mit Hilfe der Prüfstände können Wirkzusammenhänge, z.B. bei der Schadensentstehung, wirtschaftlich reproduzierbar nachgestellt und verstanden werden, wodurch die Entwicklung von Abhilfemaßnahmen ermöglicht wird.
Ausfälle im Triebstrang von WEA, insbesondere Getriebe- und Hauptlagerschäden verursachen mehr als 39% der Stillstandszeiten einer WEA. Ausfälle führen zu langen Stillstandszeiten und ziehen kostenintensive Reparaturarbeiten nach sich. Einen entscheidenden Einfluss auf die Ausfälle des Getriebes und des Hauptlagers haben die Eingangslasten des Triebstrangs. Die Eingangslasten lassen sich unterscheiden in die torsionale Last (Drehmoment), welche in Energie umgesetzt werden kann und die parasitären nicht-torsionalen Lasten (NTL). Die NTL werden durch hydraulische Lasteinheiten auf den Triebstrang aufgeprägt. Der Betrag der aufgeprägten NTL wird dabei aus dem Druck der Hydraulikzylinder berechnet. Aufgrund vereinfachter Annahmen entstehen hierbei Ungenauigkeiten. Die Messung des Drehmomentes findet meist vor der hydraulischen Lasteinheiten statt, um ein Übersprechen der parasitären Lasten auf die Drehmomenterfassung zu verhindern. Die Position der Messtelle führt jedoch ebenfalls zu Messungenauigkeiten, da Verluste in der Lasteinheit nicht berücksichtigt werden können.
Die ungenaue Bestimmung der Eingangslasten an Prüfständen führt dazu, dass Belastungszustände nicht ausreichend genau nachgebildet bzw. erfasst werden können. Dadurch können zum Beispiel kritische Betriebszustände und relevantes Systemverhalten nicht eindeutig identifiziert werden. In der Folge werden mögliche Optimierungspotenziale im Entwicklungsprozess nicht voll ausgeschöpft.
Im Rahmen des Projekts ErWind wird daher gemeinsam mit Renk Test System und Manner Sensortelemetrie ein Mehrkomponentenaufnehmer entwickelt, erprobt und verifiziert, der direkt in den Kraft- und Momentenfluss des Prüflings integriert ist. Die Genauigkeit der Erfassung von aufgeprägten Lasten wird dadurch signifikant verbessert.
Zunächst wird systematisch ein Sensorkonzept ausgewählt und optimiert. Ziel der Optimierung ist die Maximierung der Messgenauigkeit des Sensors, welche durch eine Minimierung des Übersprechens zwischen den unterschiedlichen Messgrößen erreicht wird. Im Hinblick auf den Trend zu immer größeren Rotordurchmessern und steigenden Anlagenleistungen, wird auch die Skalierbarkeit des Mehrkomponentenaufnehmers für zukünftige Leistungsklassen von WEA und Prüfständen berücksichtigt.
Aufbauend auf dem Sensorkonzept wird ein Mehrkomponentenaufnehmer konstruiert, gefertigt und anschließend auf dem 4 MW Prüfstand des CWDs getestet. Die Entwicklung des Mehrkomponentenaufnehmers für alle sechs Freiheitsgrade beinhaltet eine neuartige Telemetrie zur genauen Zeitsynchronisation von Messsystemen. Weiterhin wird eine automatisierte Aufnahme von Kennlinien und Kennlinienfeldern zur rechnerischen Echtzeitkompensation von Übersprecheffekten ermöglicht.
Zusammenfassend wird im Projekt ein Mehrkomponentenaufnehmer entwickelt der ein geringes Übersprechverhalten und hohe Messgenauigkeit aufweist. Durch die präzise Bestimmung der Eingangslasten an Prüfständen, können unter anderem Simulationsmodelle validiert und kritische Betriebszustände besser identifiziert werden.
Laufzeit:
01.11.2022 - 31.10.2025
Verbundpartner:
Das Projekt wird gefördert durch:
Projektträger: