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Leistungshalbleiter- und Umrichter-Innovationen zur verlustoptimierten und leistungsstarken Energieerzeugung mit Windkraft

Leistungshalbleiter- und Umrichter-Innovationen zur verlustoptimierten und leistungsstarken Energieerzeugung mit Windkraft, Teilvorhaben: Ansteuerkonzepte - Lastwechselfestigkeit - Hybridschalter

Leistungshalbleiter- und Umrichter-Innovationen zur verlustoptimierten und leistungsstarken Energieerzeugung mit Windkraft, Teilvorhaben: Leistungshalbleiterinnovationen

Leistungshalbleiter- und Umrichter-Innovationen zur verlustoptimierten und leistungsstarken Energieerzeugung mit Windkraft, Teilvorhaben: Stromrichter mit hoher Leistungsdichte - Systemerprobung

SkyPower 100 - Pilotanlage zur Energieerzeugung aus Höhenwind, Teilvorhaben: Realisierung einer vollautomatischen Flugwindkraft-Pilotanlage SkyPower 100 mit einer Nennleistung von 100 kW

Während konventionelle Windenergieanlagen durch die zu realisierenden Turmhöhen beschränkt sind, kann die Kite-Höhenwindtechnologie die in höheren Luftschichten größeren Windgeschwindigkeiten als regenerative Energiequelle nutzbar machen. Ein signifikant höherer Ertrag verbunden mit einer deutlichen Einsparung an Material führt zu niedrigen Stromgestehungskosten. Des Weiteren kann mittels dieser Technologie die Windenergienutzung auf Offshore-Gebiete mit großen Wassertiefen und auf Grund der sicheren Verstaubarkeit des Systems auf Hurrikan-Gebiete ausgeweitet werden. Mit diesem Teilvorhaben soll erstmals eine Forschungsanlage zur Höhenwindnutzung im vollautomatischen Dauerbetrieb realisiert werden. Das Vorhaben umfasst neben den technologischen Entwicklungen eine umfassende Erprobungsphase zur Überprüfung der Konzepte und Materialien sowie vor allem zur Validierung der Energieerzeugung und Abschätzung zukünftiger Stromgestehungskosten.

HyTowering- Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts zur Schadensdetektion und -quantifizierung, Teilvorhaben: Großversuche zur Optimierung der Bemessung und Schadensdetektion von hybriden Türmen

Um die Ausbauziele im Bereich der erneuerbaren Energien zu erreichen, müssen auch Onshore- Windenergieanlagen (WEA) immer leistungsstärker werden. Zur Erschließung neuer Standorte für WEA und um die zunehmenden Windgeschwindigkeiten in größeren Höhen zu nutzen bedarf es höherer Türme. Als eine sehr gut geeignete Ausführungslösung haben sich hierfür sogenannte Hybridtürme in Segmentbauweise am Markt etabliert, die im unteren Teil aus Beton und im oberen Teil aus Stahl bestehen. Damit werden inzwischen Nabenhöhen von 150 m und mehr erreicht. Bei weiter steigenden Turmhöhen wächst jedoch das Risiko für Instabilitäten bzw. für Schäden in der Struktur. Außerdem sind die Bemessungsmodelle sowohl für die Fugen als auch für die Gründungen dieser Turmstrukturen bisher ungenügend entwickelt. Gegenstand des beantragten Forschungsvorhabens sind daher großformatige Versuche, an denen sowohl Bemessungsmodelle entwickelt als auch Monitoringkonzepte erprobt werden können.

HyTowering- Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts zur Schadensdetektion und -quantifizierung, Teilvorhaben: Photogrammetrisches Monitoring

Um die Ausbauziele im Bereich der erneuerbaren Energien zu erreichen, müssen auch Onshore-Windenergieanlagen (WEA) immer leistungsstärker werden. Sowohl wegen der höheren Anlagenklassen als auch durch den Mangel an geeigneten Standorten bedarf es höherer Türme, da die Windgeschwindigkeit mit Höhe der Nabe zunimmt. Als eine sehr gut geeignete Ausführungslösung haben sich hierfür sogenannte Hybridtürme in Segmentbauweise am Markt etabliert, die im unteren Teil aus Beton und im oberen Teil aus Stahl bestehen. Damit werden inzwischen Nabenhöhen von 150 m und mehr erreicht. Bei weiter steigenden Turmhöhen wächst jedoch das Risiko für Instabilitäten bzw. für Schäden in der Struktur. Außerdem sind die Bemessungsmodelle sowohl für die Fugen als auch für die Gründungen dieser Turmstrukturen bisher ungenügend entwickelt. Gegenstand des beantragten Forschungsvorhabens sind daher großformatige Versuche, an denen sowohl Bemessungsmodelle abgeleitet als auch Monitoringkonzepte erprobt werden können.

Untersuchung des Einflusses der Boden-Bauwerk-Triebstrang-Interaktion auf die Auslegung von Onshore-WEA

Der klassische Entwurf von WEA basiert auf vereinfachten Entwurfskriterien, im Wesentlichen im Hinblick auf die Vermeidung von Resonanzen. Da die WEA mit dem Ziel der Leistungssteigerung immer größere Rotoren mit höheren und schlankeren Turmstrukturen aufweisen, sind diese Entwurfskriterien nicht mehr ausreichend. Deshalb sollen im Rahmen des Projekts Modelle entwickelt werden, mit denen die komplexe Gesamtsystemdynamik durch die Kopplung von Aerodynamik, Maschinendynamik, Turm und Gründung erfasst werden kann. Konkret sollen in den Modellen die dynamischen Interaktionseffekte durch die Berücksichtigung der schwingfähigen Einzelkomponenten Rotor, Antriebsstrang, Turmstruktur, Gründung und Boden berücksichtigt werden. Auf diese Weise wird eine optimale Auslegung von WEA möglich, so dass die Wirtschaftlichkeit und die Verbesserung des Ermüdungs- und Verschleißverhaltens gesteigert werden kann. Weiterhin wird angestrebt den Einfluss der Boden-Bauwerk-Triebstrang Interaktion zu quantifizieren und daraus Empfehlungen für die Berechnung von Onshore-Anlagen und Lastansätze für Gondelprüfstände abzuleiten. Die Modellierung der Gesamtsystemdynamik erfolgt an einer Referenz-WEA durch Schaffung geeigneter Schnittstellen, mit denen die Kopplung von Aerodynamik, Maschinendynamik, Bauwerksstruktur und Gründung ermöglicht wird. Durch die Schnittstellen können dynamische Interaktionseffekte einer WEA vollständig abgebildet werden und in Form geeigneter Modellansätze in MKS-Berechnungen berücksichtigt werden. Die erforderlichen Schnittstellenparameter werden auf Basis detaillierter Untersuchungen zur Boden-Bauwerks-Interaktion, zum Triebstrang und zur Turmaerodynamik ermittelt, bei denen die unterschiedlichen Kompetenzen der beteiligten Projektpartner einfließen. Abschließend wird im Rahmen von MKS-Simulationen bewertet, inwiefern typische Randbedingungen der Boden-Bauwerk-Interaktion einen Einfluss auf die Beanspruchungen und die zukünftige Auslegung des Triebstranges haben.

HELIKONTURplus - Kostensenkung bei Solarturmkraftwerken durch optimierte Heliostatkonturen und angepasstes Turm- und Felddesign, Teilprojekt: Qualifizierung, Dauertest und Simulation

sbp sonne gmbh hat mit dem 'Stellio' einen neuen Heliostattypen mit deutlich verbessertem Preis-Leistungsverhältnis entwickelt. Um den Einsatz in kommerziellen Projekten zu ermöglichen, muss nun nach erfolgreichem Prototypen-Test eine Systemdemo. folgen. Mit einem guten Heliostaten allein ist es noch nicht getan: Bei einer ganzheitlichen Optimierung ' und nur diese führt zum Kostenminimum ' wird mit dem Heliostatenfeld auch die Turmhöhe optimiert. Dies ist nur durch die Kenntnis aktueller Turmkostenfunktionen möglich, die im Projekt ermittelt werden. Weiter werden im vorgeschlagenen Projekt Methoden und Simulationswerkzeuge geschaffen, um das volle Kostensenkungspotenzial bei der Feldauslegung durch den Einsatz von Heliostaten mit runden oder mehreckigen Außenkonturen zu bewerten; diese versprechen nämlich einen höheren Feldwirkungsgrad durch reduziertes Abschatten und Blocken. Alle APs zielen gemeinsam auf die weitere Kostenreduktion bei Solarturmkraftwerken durch Optimierung der Heliostaten und Heliostatfelder.

HELIKONTURplus - Kostensenkung bei Solarturmkraftwerken durch optimierte Heliostatkonturen und angepasstes Turm- und Felddesign, Teilprojekt: Implementierung eines optischen Messsystems zur dynamischen Messung der Verformungen von Heliostaten durch Windlasten

sbp sonne gmbh hat mit dem 'Stellio' einen neuen Heliostattypen mit deutlich verbessertem Preis-Leistungsverhältnis entwickelt. Um den Einsatz in kommerziellen Projekten zu ermöglichen, muss nun nach erfolgreichem Prototypen-Test eine Systemdemonstration folgen. Mit einem guten Heliostaten allein ist es allerdings noch nicht getan: Bei einer ganzheitlichen Optimierung - und nur diese führt zum Kostenminimum - wird mit dem Heliostatenfeld auch die Turmhöhe optimiert. Dies ist nur durch die Kenntnis aktueller Turmkostenfunktionen möglich, die im Projekt ermittelt werden. Weiter werden im vorgeschlagenen Projekt Methoden und Simulationswerkzeuge geschaffen, um das volle Kostensenkungspotenzial bei der Feldauslegung durch den Einsatz von Heliostaten mit runden oder mehreckigen Außenkonturen zu bewerten; diese versprechen nämlich einen höheren Feldwirkungsgrad durch reduziertes Abschatten und Blocken. Alle Arbeitspakete zielen gemeinsam auf die weitere Kostenreduktion bei Solarturmkraftwerken durch Optimierung der Heliostaten und Heliostatfelder.

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