Forschungsprojekt GridLoads

In diesem Forschungsprojekt werden die Rückwirkungen von neuen, netzstabilisierenden Generatorregelungen auf die Strukturdynamik und die Lasten im Triebstrang und in der Tragstruktur einer Windkraftanlage untersucht. Ziel ist die umfassende Analyse und Weiterentwicklung der netzstabilisierenden Verfahren. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Vermeidung von Instabilität und auf der Minimierung zusätzlicher mechanischer Lasten  an der Anlage.

Im Rahmen des Umbaus der deutschen Energieversorgung und des großflächigen Ausbaus der Windenergie müssen die Anlagen zunehmend zur Netzstützung bzw. zur Netzstabilisierung beitragen. Dafür ist insbesondere eine hochdynamische Reaktion der Wirk- und Blindleistung auf Störungen im Netz, wie z.B.  Kurzschlüsse, Teilnetzabspaltungen, Kraftwerksausfälle usw. notwendig. Im Sonderfall kann auch ein kurzzeitiger motorischer Betrieb der Anlagen sinnvoll sein. Die dafür erforderlichen Generatorregelungen sind aktuell Gegenstand umfangreicher Forschungsaktivitäten, u.a. in der Forschungsinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“. Ein bisher nicht umfassend untersuchter Aspekt dieser Regelungen aus Sicht der Einzelanlagen besteht jedoch darin, dass dynamische Spannungs- und Frequenzänderungen im Netz eine direkte Rückwirkung auf die Wirkleistung der Anlagen und somit auf die Anregung von Triebstrangschwingungen und die damit verbundenen mechanischen Lasten haben.

Bei herkömmlichen Anlagen erfolgt die Wirkleistungseinspeisung windgeführt. Durch den drehzahlvariablen Betrieb wird eine weitgehende Entkopplung der Triebstranglasten sowohl vom Windfeld als von den Netzgrößen erreicht. Aus dem oben skizzierten Paradigmenwechsel bei der Generatorregelung ergeben sich jedoch in Zukunft grundlegend veränderte Anforderungen an die Auslegung der Triebstrangsysteme, die im Rahmen des Projektes untersucht werden. Die konkreten Ziele des Projekts lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Umfassende Untersuchung der Rückwirkungen von neuen, netzstützenden Generatorregelungen auf die Strukturdynamik und die Lasten im Triebstrang und in der Tragstruktur einer Windenergieanlage
• Abschätzung der Auswirkungen auf die Auslegung und Kosten von Triebstrang und Strukturkomponenten zukünftiger WEA
• Bereitstellung von Tools für die Windindustrie zur Analyse der über das Generatorsystem angeregten bzw. mit dem Netz gekoppelten Schwingungsmoden
• Identifizierung von möglichen aero-servo-(elektro)-elastischen Instabilitätsphänomenen Anpassung der netzstützenden Generatorregelungen zur Minimierung von zusätzlichen Strukturlasten und zur Vermeidung von Instabilitäten
• Erarbeitung von Methoden zur Bestimmung von Parametersätzen für die zugrundeliegenden gekoppelten Schwingungsmodelle, basierend auf Methoden der experimentellen Modalanalyse