Forschungsprojekt UpWind

UpWind ist ein 5-Jahres-Projekt, das am 1. März 2006 begann. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Überprüfung wesentlich verbesserter Modelle der wichtigsten Windturbinenkomponenten, die die Industrie für den Entwurf und die Herstellung von Windturbinen für künftige sehr große Anwendungen benötigt, z. B. für Offshore-Windparks mit mehreren hundert MW. Die benötigten Windturbinen werden sehr groß sein (>8-10 MW und Rotordurchmesser > 120 m). Die derzeitigen Konstruktionsmethoden und die verfügbaren Komponenten und Werkstoffe lassen eine solche Skalierung nicht zu. Um das notwendige Upscaling vor 2020 zu erreichen, sind ein umfassendes Verständnis der äußeren Konstruktionsbedingungen, innovative Werkstoffe mit einem ausreichenden Verhältnis zwischen Festigkeit und Masse sowie fortschrittliche Kontroll- und Messsysteme erforderlich.

Das Fraunhofer IEE (ehemals ISET) beteiligt sich an den folgenden UpWind Work Packages (WPs) mit den beschriebenen Aufgaben:

WP1A3 Training:

Das spezifische Ziel dieses Arbeitspaketes ist die Entwicklung einer Reihe von Modulen für internationale Kurse auf dem Gebiet der Windenergie und das notwendige unterstützende Ausbildungs- und Trainingsmaterial. Damit soll ein geeignetes Instrument für die Ausbildung von Forschern, Studenten und Wirtschaftsingenieuren (insbesondere für KMU) sowie von Energieplanern, Beratern und Projektentwicklern auf dem neuesten Stand des Wissens und der Erfahrung in einer Vielzahl von Windenergie-bezogenen Themen (einschließlich der Ergebnisse der IP-Arbeitspakete) geschaffen werden.

WP1B2 Übertragung und Umwandlung:

Die wirtschaftliche Rentabilität von Offshore-Windkraftanlagen hängt eindeutig von der Leistung und dem Wirkungsgrad der Generatoren und Energieumwandlungssysteme ab. Das Arbeitspaket zielt darauf ab, ein Mittelspannungs-Windkraft-Umwandlungssystem im Hinblick auf optimale Effizienz, Kosten, Größe und Zuverlässigkeit zu modellieren. Im Rahmen des Arbeitspaketes WP1B2c (Leistungselektronik) beschäftigt sich das Fraunhofer IEE mit dem Benchmarking von Bauelementen und Multilevel-Konvertersystemen für die nächste Generation von Offshore-Windturbinen. Das Fraunhofer IEE untersucht auch den Schutz und die Netzanbindung (fault ride-through capabilities).
Kontakt: Antonio Notholt-Vergara

WP5 Regelungssysteme:

Dieses Arbeitspaket befasst sich mit Strategien zur Lastreduzierung und zur Netzintegration von Windenergieanlagen. Für sehr große WEA können konventionelle Regelungsstrategien aufgrund der Verschiebung der Strukturmodenfrequenzen in Bezug auf die Bandbreite des Regelsystems nicht mehr angewendet werden. Darüber hinaus kann eine erhebliche Lastreduzierung für alle Teile der Struktur erreicht werden, indem Ziele der Lastreduzierung in den Regelungsentwurfsprozess integriert werden. Das Arbeitspaket befasst sich sowohl mit Regelungsstrategien, die auf moderne Turbinen angewendet werden können, als auch mit völlig neuen Regelungsstrukturen mit zusätzlichen Sensoren und Aktoren. Das Fraunhofer IEE wird sich auf Lastschätzer konzentrieren, die aus vorhandenen Sensoreingängen Belastungsinformationen für die Regelung gewinnen, sowie auf Hardware-in-the-Loop-Tests neuer Pitch-Regelstrategien.
Kontakt: Peter Loepelmann

WP7 Zustandsüberwachung:
 
Hauptziel dieses Arbeitspakets und seiner Unteraufgaben ist die Unterstützung der Integration neuer Ansätze zur Zustandsüberwachung, Fehlervorhersage und Betrieb und Wartungsansätzen in die nächste Generation von Windturbinen für Offshore-Windparks zu unterstützen. Hauptaspekte hierfür sind die Kosten und die verbesserte Verfügbarkeit von Offshore-Windenergieanlagen und und deren Komponenten. Die Aufgaben des Fraunhofer IEE sind die WP-Leitung, die Definition einer neuen Generation von Condition Monitoring Systemen (CMS) einschließlich Sensorik und Fehlervorhersagealgorithmen sowie die Identifikation und Beschreibung geeigneter statistischer Datengrundlagen nach Ausfallraten, MTBF und daraus resultierenden Stillstandszeiten von WT Komponenten. Die grundlegenden wissenschaftlichen und technischen Ergebnisse werden in internationalen Publikationen und Konferenzen sowie in Form von Form von Materialien für den pädagogischen Teil des Projekts zur Verfügung gestellt. Technische Erkenntnisse werden an relevante internationale Arbeitsgruppen für Normung weitergegeben.
Kontakt: Jochen Giebhardt
 
WP9 Elektrische Netze:

Ziel dieses Arbeitspakets ist es, die Zuverlässigkeit von Windparks in Stromsystemen zu untersuchen und Lösungen zu finden, die diese Zuverlässigkeit verbessern können. Es werden sowohl betriebliche als auch statistische Aspekte der Zuverlässigkeit von Windparks untersucht. Die Untersuchung der Anforderungen des Netzkodex, der extremen Windbedingungen und der spezifischen Steuerungsoptionen für Windparks, um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird die betrieblichen Aspekte abdecken. In diesem Zusammenhang ist das Fraunhofer IEE federführend bei Task 9.2: "Power system requirements for high wind penetration", in dem die Netzanforderungen der ÜNB für eine hohe Winddurchdringung mit den Möglichkeiten von Windenergieanlagen verglichen werden sollen. Es werden neue Auslegungskriterien für künftige Windenergieanlagen entwickelt, um die erwarteten künftigen Netzanforderungen zu erfüllen. Außerdem werden zuverlässige Stromversorgungssysteme mit Einschränkungen bei der Winderzeugung und die besonderen Bedingungen für kleine Inselnetze untersucht.
Kontakt: Dr. Bernhard Lange