Center for Wind Power Drives

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Center for Windpower Drives
Center for Windpower Drives
Gebäude des Center for Windpower Drives in Aachen
Kategorie: Forschungseinrichtung
Standort der Einrichtung: Aachen, Campus Melaten
Fächer: Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften
Fachgebiete: Windenergie, Erneuerbare Energien, Antriebstechnik, Netzbetrieb, Akustik, Getriebe, Netzintegration, Generatoren, Umrichterkonzepte, Strömungssimulation, Regelungsstrategien
Leitung: Georg Jacobs (Sprecher),
Antonello Monti,
Wolfgang Schröder,
Kay Hameyer,
Dirk Abel,
Rik W. De Doncker,
Christian Brecher,
Ralf Schelenz (Geschäftsführer)
Mitarbeiter: ca. 50[1]
Homepage: www.cwd.rwth-aachen.de

Das am 12. Dezember 2013 gegründete Center for Wind Power Drives (CWD) ist eines der ersten integrierten interdisziplinären Institute (I³)[2] an der RWTH Aachen University.

„I³ dienen der Entwicklung von Forschungsschwerpunkten und der Erschließung neuer interdisziplinärer Forschungsfelder mit strategischer Relevanz für die RWTH Aachen. Sie basieren auf einer gemeinsamen Forschungsvision und einer langfristig angelegten vertraglichen Vereinbarung zwischen mehreren Professuren.“[2]

Gründungsmitglieder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Insgesamt sieben Institute forschen am CWD gemeinsam an Windenergieanlagen (WEA)-Antriebssystemen. Diese Forschungsaktivitäten umfassen neben den grundlegenden wissenschaftlichen Untersuchungen auch industrienahe Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Die wissenschaftliche und organisatorische Verantwortung für Planung, Nutzung und Betrieb des WEA-Systemprüfstandes trägt der Vorstand, der sich aus den Institutsleitern der Mitgliedsinstitute zusammensetzt. Die Wissenschaftler am CWD werden zur Intensivierung der Vernetzung und zur Förderung von Innovation räumlich im CWD zusammengezogen.

Die Gründungsmitglieder des CWD sind folgende sieben Institute:[3]

  • Institut für Regelungstechnik (IRT)
  • Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
  • Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS)
  • Institut für elektrische Maschinen (IEM)
  • Institute for Power Generation and Storage Systems(PGS)
  • Aerodynamisches Institut Aachen (AIA)
  • Chair for Wind Power Drives (CWD)

Als achtes Mitglied wurde aufgenommen:

  • Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR)

Forschungsschwerpunkte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Lastermittlung
  • Simulative Systemuntersuchung
  • Gondelprüfstande und Prüfprozeduren
  • Netzanschlusszertifizierung auf dem Prüfstand
  • Entwicklung neuer Antriebsstrang-, Lager- und Umrichterkonzepte
  • Integration der Windenergieanlagen in Smartgrids
  • Intelligente und prädiktive Regelungsstrategien
  • Aufbau von Condition-Monitoring Systemen und Entwicklung von Sensorik
  • Simulative und messtechnische Untersuchung der akustischen Schallemission von WEA

Infrastruktur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Prüfstand des CWD ermöglicht es Windgondeln mit einem Gewicht von bis zu 100 Tonnen und einer Länge von bis zu 14 Metern[4] unter Praxisbedingungen zu testen und ist Bestandteil des „Clusters Schwerlastantriebe“[5][6] auf dem Campus Melaten in Aachen. Ein Prüfstand mit diesem Aufbau ist international einzigartig.[7][8][9][10][11] Das CWD verfügt über folgende Prüfeinrichtungen:

1-MW-Systemprüfstand[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Jahr 2011 ist mit den Gründungsinstituten des Centers der erste 1-MW-Systemprüfstand im Hardware in the Loop[12] betrieben worden. Der 1-MW-Systemprüfstand hat erstmals gezeigt, dass diese Tests ebenfalls auf einem Prüfstand unter realitätsnahen Bedingungen möglich sind. Die Vestas-V52-Gondel konnte mit der originalen Steuerungseinheit betrieben werden. Ein aerodynamisches Modell hat die Windlasten, wie Schubkraft, Gier- und Nickmomente in Echtzeit gerechnet und über Hydraulikzylinder auf den Rotorflansch der Windenergieanlage aufgeprägt. Der Umrichter der Gondel war an einem virtuellen Stromnetz angeschlossen. Aus den Erkenntnissen des Prüfstandes konnten Lastkollektive und Prüfverfahren für die versagensgefährdeten Komponenten in WEA abgeleitet werden. Das Vorhaben war Bestandteil des Hightech-NRW-Projekts „Verbesserung des Betriebsverhaltens von On-Shore WEA mithilfe eines neuartigen Systemprüfstandes“.

4-MW-Systemprüfstand On-Shore-WEA[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auf Basis der Erkenntnisse des 1MW-Prüfstandes konnten Anforderungen für einen 4-MW-Systemprüfstand gewonnen werden. Aktuell ist das CWD als koordinierendes Institut im Rahmen des IEA Wind Task 35[13] Full Size Ground Testing of Wind Turbines and their Components tätig, mit dem Ziel, Anforderungen für Prüfprozeduren und Systemprüfstände zu definieren.

Im Jahr 2014 wurde der 4-MW-Systemprüfstand in Betrieb genommen. Mit Hilfe des 4-MW-Systemprüfstands für On-Shore-Windenergieanlagen kann das Verhalten von WEA-Antrieben im Multi-Megawatt-Bereich in seiner Gesamtheit und unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht werden[14]. Da der gesamte WEA-Triebstrang und nicht nur die einzelnen Systemkomponenten untersucht werden können, wird es möglich, alle Systemeigenschaften, insbesondere die stark gekoppelten, dynamischen Abhängigkeiten, auf dem Prüfstand abzubilden.[15]

Durch die Integration von Hardware-in-the-Loop[12]-Modellen für die Abbildung von Rotor- und Netzseite wird ermöglicht, reproduzierbare, äußere Beanspruchungen nachzubilden[16]. Die entsprechende Umsetzung auf Leistungsebene erfolgt durch einen dynamischen Windkraftsimulator auf Rotorseite sowie durch elektrische Kopplung der WEA an die Prüfstandsumrichter mit elektronischen Schaltern zur Netzlastsimulation.

Back-to-Back-Getriebeprüfstand[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am Back-to-Back-Prüfstand wurden Voruntersuchungen für den 1-MW-Systemprüfstand sowie die Vermessung eines 3-stufigen WEA-Getriebes durchgeführt. Das Getriebe wurde in verschiedenen Testzyklen wie Drehzahlhochläufen und Langzeitversuchen bei konstanter Drehzahl mit verschiedenen Drehmomenten belastet. Neben getriebespezifischen Anregungsgrößen werden die Verlagerung des Getriebes sowie Temperaturen und Oberflächenbeschleunigungen mit verschiedenen Sensoren gemessen.

Mitgliedschaft in Fachorganisationen sowie Kooperationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das CWD ist Mitglied in folgenden nationalen und internationalen Organisationen:

Name Land Ort
EERA – European Energy Research Alliance JP Wind Energy Belgien Brüssel
EAWE – European Academy of Wind Energy Deutschland Oldenburg
FGW e. V. – Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien Deutschland Berlin

Eine Kooperation besteht mit:

Name Land Ort
NREL National Renewable Energy Laboratory USA Washington
Clemson University SCE&G Energy Innovation Center USA North Charleston
Catapult – Offshore Renewable Energy UK Blyth
Cener – National Renewable Energy Centre Wind Turbine Test Laboratory (LEA) Spanien Sangüsea
LORC – Lindoe Offshore Renewables Center Dänemark Munkebo
OWI Offshore Wind Infrastructure Lab Belgien Antwerpen
International_Energy_Agency IEA-WIND USA
Energieagentur NRW Deutschland Düsseldorf

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: Center for Wind Power Drives – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. ↑ cwd.rwth-aachen.de: Mitarbeiter (Memento vom 25. März 2016 im Internet Archive)
  2. ↑ a b RWTH Aachen: I³ - Integrierte Interdisziplinäre Institute
  3. ↑ cwd.rwth-aachen.de: Über uns (Memento vom 25. März 2016 im Internet Archive)
  4. ↑ Windgondeln auf dem Prüfstand Pressemitteilung des BLB Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW
  5. ↑ rwth-aachen.de: Cluster Schwerlastantriebe (Memento vom 27. März 2016 im Webarchiv archive.today)
  6. ↑ Aachener Zeitung RWTH Aachen: Neue Bauten sollen die klugen Köpfe anlocken
  7. ↑ Windkraftindustrie in NRW
  8. ↑ „Center for Wind Power Drives“ fertig gestellt BLB Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW
  9. ↑ tec2.biz: Stürmische Jahre oder „Vom Winde verweht“? (Memento vom 25. März 2016 im Internet Archive)
  10. ↑ tec2.biz: Windrädertest im Aachener Prüfzentrum (Memento vom 29. April 2016 im Internet Archive)
  11. ↑ Prestigious German University Partners with MTS advance wind turbine performance
  12. ↑ a b Advantages of Advanced Ground Testing Website der Windtech International
  13. ↑ ieawind.org: Task 35 – Full Size, Ground Testing for Wind Turbines and their Components (Memento vom 5. September 2015 im Internet Archive; PDF; 309 KB, englisch)
  14. ↑ Projektstart FVA-Gondel (Memento des Originals vom 5. März 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/fva-net.de Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.
  15. ↑ fva-net.de: Einweihung der FVA-Gondel an der RWTH Aachen (Memento vom 27. Juni 2016 im Internet Archive)
  16. ↑ Branchenführer Windenergie in NRW 2015 Broschürenservice
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