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WID-WHITEPAPER Erträge Steigern, Lasten reduzieren

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Mit Hilfe einer berührungslosen und damit verschleißfreien Messung der Drehmomente im Antriebsstang von Windenergieanlagen ist eine Ertragssteigerung von bis zu 70.000 kWh bei einer 3 MW Anlage durch den Einsatz von Active Torque Control bei gleichzeitiger Reduzierung der dynamischen Lasten möglich. WID-Whitepaper 4/2015

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WiD WHITEPAPER | Erträge steigern, Lasten reduzieren 6 Bild 3: Vergleich der Auslegungslasten mit den gemessenen Lasten „Active Torque Control“ reduziert Torsion auf Minimum Das Standartprinzip für die Triebstrangdämpfung von Antriebsstrangschwingungen in Windenergieanlagen nutzt als Eingangsgröße die Drehzahl des Generators. Bei den meisten Anlagen zielt der Regelalgorithmus nur darauf ab, die erste Torsionseigenschwingung zu dämpfen. Damit arbeitet diese Art der Dämpfung in einem sehr kleinen Frequenzbereich. Das Ziel der zukünftigen Regelung von Windenergieanlagen muss es aber sein, möglichst alle im Antriebsstrang vorhandenen Schwingungen in allen Frequenzen auf ein Minimum zu reduzieren und genau hier liegt der Fokus von Active Torque Control (ATC). Das Prinzip des Regelsystems ATC nutzt als Eingangsgrößen für die Regelung die tatsächlich gemessenen Drehmomente mit dem in Bild 1 dargestelltem Sensorsystem. Der Regelalgorithmus berechnet dann das ideale Drehmoment für den Generator, das notwendig ist, um möglichst geringe Schwingungsamplituden im Drehmoment zu erhalten. Dieses Drehmoment wird anschließend dem Generator vorgegeben. Bevor detailliert auf Messergebnisse mit ATC auf Anlagen eingegangen wird, soll zunächst das Prinzip von Active Torque Control am Beispiel von Simulationen dargestellt werden, da hier exakt gleich Randbedingungen vorgegeben werden können. Im Bild 4 sind die Ergebnisse aus einer detaillierten Mehrkörpersimulation einer Windenergieanlage der Leistungsklasse 2 MW bei einer Windgeschwindigkeit von 10 m/s mit und ohne Active Torque Control dargestellt.

WiD WHITEPAPER | Erträge steigern, Lasten reduzieren 7 ATC bringt bis zu 3 % mehr Leistung Der Vergleich zeigt, dass ATC eine deutliche Reduzierung der Dynamik im Drehmoment sowie auch in der Drehzahl bewirkt. Diese Dynamikreduzierung führt zu geringeren Belastungen der Bauteile im Antriebsstrang und damit zu einer längeren Lebensdauer der Komponenten. Wird die Dynamik durch ATC in den Windenergieanlagen reduziert, entsteht eine Dynamikreserve, die dann für eine Leistungssteigerung genutzt werden kann. Hier sind Leistungssteigerungen bis zu 3 % möglich und damit höhere Energieerträge bei gleicher Belastung von Antriebskomponenten wie dem Getriebe. Wird ATC schon bei der Auslegung der Anlage berücksichtigt, so werden viele Komponenten im Antriebsstrang mit geringeren Lasten beaufschlagt, was dann zu geringeren Investitionskosten der Komponenten führt. Bild 5: Simulationsergebnisse mit ATC im Frequenzbereich bei 20m/s Der größte Vorteil von ATC verglichen mit der Standardtriebstrangdämpfung, die bei den meisten Herstellern von Windenergieanlagen eingesetzt wird, lässt sich sehr leicht im Frequenzspektrum des Drehmomentes siehe Bild 5 erkennen. Dämpfung von 0,1 bis 10 Hz Bei der Standardtriebstrangdämpfung wird mit Hilfe eines Bandpasses oder auch modellbasiert die 1. Torsionseigenfrequenz, die üblicherweise zwischen 1,4Hz und 1,9 Hz liegt, gut gedämpft. Im Gegensatz dazu reduziert ATC die Schwingungsamplituden im gesamten Bereich von 0,1 bis ca. 10 Hz. Damit werden hier neben der 1. Torsionseigenfrequenz auch die anregenden Frequenzen gedämpft, die

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