Entwicklung eines hydrostatischen Triebstranges für Windenergieanlagen über Land und Offshore

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Hauptziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Antriebsstranges für Windenergieanlagen (WEA). Dieser Triebstang soll den Ertrag von Windkraftanlagen steigern und gleichzeitig die Kosten der produzierten elektrischen Energie senken. Des Weiteren kann durch einen neuartigen Triebstrang die Verfügbarkeit von Windenergieanlagen gesteigert werden.
Die wichtigsten Eigenschaften des neuen Konzepts im Vergleich zu etablierten Lösungen sind eine mechanische Entkopplung von Windturbine und Generator sowie der Entfall des üblicherweise benötigten Frequenzumrichters. Ermöglicht wird dies durch eine hydrostatische Leistungsübertragung, die eine stufenlose Verstellung des Übersetzungsverhältnisses des Triebstranges ermöglicht. Das heißt, die Generatordrehzahl kann konstant gehalten werden, sodass die elektrische Energie direkt mit Netzfrequenz erzeugt wird und nicht in einem Frequenzumrichter an die Netzfrequenz angepasst werden muss. Hydrostatische Komponenten weisen außerdem eine sehr gute Dämpfung auf, sodass Drehmomentstöße, verursacht durch den Turmschatteneffekt und Windböen, geglättet werden. Um die Energieausbeute aus dem Wind zu maximieren, ist ein guter Gesamtwirkungsgrad auch im Teillastbetrieb von besonderer Bedeutung.
Im Rahmen dieses Projektes wurde ein hydrostatisches Windkraftgetriebe zunächst in Simulationen konfiguriert und optimiert. Anschließend wurde ein Prototyp des Triebstranges an einem speziell für diese Anwendung errichteten Prüfstand installiert und vermessen. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf dem Gesamtwirkungsgrad über das gesamte Leistungsspektrum einer Windkraftanlage.
Es konnte gezeigt werden, dass für das neuentwickelte hydrostatische Windkraftgetriebe unter Nutzung von
Standardkomponenten ein Wirkungsgrad von ca. 85 % über einen weiten Leistungsbereich erreicht werden. Des Weiteren kann aufgezeigt werden, dass der Wirkungsgrad im Teillastbereich durch mechanische Entkopplung weiter angehoben werden kann.
Eine bedarfsgerechte Verschaltung von Komponenten steigert die Effizienz und somit den Stromertrag. Durch die gewonnenen Messergebnisse und Erkenntnisse ist eine iterative Entwicklungs- und Optimierungsschleife ermöglicht.

 

Danksagung

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert (Förderkennzeichen 0325109A) und vom Projektträger Jülich betreut.

 

Veröffentlichungen

Titel Autor(en)
Hydrostatic transmission for wind turbines - lessons learned from five years of research
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2017)
Matthiesen, Gunnar (Corresponding author)
Schmitz, Johannes
Vatheuer, Nils
Murrenhoff, Hubertus
Konzipierung und Vermessung hydrostatischer Windkraftgetriebe
Doktorarbeit (2015)
Schmitz, Johannes B.
Hydrostatic transmission for wind turbines : comparison of different configurations and their applicability
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2014)
Schmitz, Johannes
Murrenhoff, Hubertus
Hydrostatic transmission for wind turbines - an old concept, new dynamics
Beitrag zu einem Tagungsband (2013)
Schmitz, Johannes
Vukovic, Milos
Murrenhoff, Hubertus
Dynamic Transmission Response of a Hydrostatic Transmission measured on a Test Bench
Beitrag zu einem Tagungsband (2012)
Schmitz, Johannes
Diepeveen, Niels
Vatheuer, Nils
Murrenhoff, Hubertus
Dynamic analysis and measurement of hydrostatic transmission for wind turbines
Beitrag zu einem Tagungsband (2012)
Schmitz, Johannes
Vatheuer, Nils
Murrenhoff, Hubertus
Efficient hydrostatic heavy-duty drive train in renewable energy branch
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2011)
Vatheuer, Nils
Schmitz, Johannes
Murrenhoff, Hubertus
Hydrostatic Drive Train in Wind Energy Plants
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2011)
Schmitz, Johannes
Vatheuer, Nils
Reinertz, Olivier
Murrenhoff, Hubertus
Vollhydrostatisches Hauptgetriebe für Windenergieanlagen
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2011)
Vatheuer, Nils
Schmitz, Johannes
Murrenhoff, Hubertus
Hydrostatic drive train in Wind Energy Plants
Beitrag zu einem Tagungsband (2011)
Schmitz, Johannes
Vatheuer, Nils
Murrenhoff, Hubertus
Development of a hydrostatic transmission for wind turbines
Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2010)
Schmitz, Johannes
Vatheuer, Nils
Murrenhoff, Hubertus