Machbarkeitsstudie: Teststand für Windkraftanlagen der nächsten Generation

Der Trend in der Windkraft geht zu immer höheren und größeren Rotoren, weil sie die verfügbare Windenergie besser nutzen können.

Zudem werden immer größere Anlagen mit höherer Leistungsklasse gebaut. Mit einer Leistung von 10 bis 20 Megawatt können sie fast zehnmal mehr Strom erzeugen, als die heute gängigen Systeme, stellen aber auch höhere Anforderungen an die Technik. Um Unternehmen und Forschungseinrichtungen bei der Entwicklung geeigneter Antriebsstränge zu unterstützen, prüft das Forschungszentrum Jülich den Bau und Betrieb eines Großprüfstands für Komponenten, insbesondere Getriebe von Windkraftanlagen.

Nordrhein-Westfalen ist der weltweit wichtigste Produktionsstandort für Getriebe von Windkraftanlagen. Daneben beheimatet das Land auch führende Forschungseinrichtungen im Bereich der Windenergie. Das Center for Wind Power Drives (CWD) der RWTH Aachen etwa, das sich wesentlich an der Machbarkeitsstudie beteiligt und als enger Kooperationspartner an einer späteren Nutzung des Messstandes interessiert ist. Durch den Leistungszuwachs werden die Getriebe künftiger Windkraftanlagen noch stärker belastet. Bereits heute sind sie sehr wartungsintensiv.

Neben einer Bedarfs- und Kostenanalyse soll die Studie vor allem die technische Umsetzbarkeit beleuchten. Die realistische Simulation der Kräfte, die bei einer Windkraftanlage im Leistungsbereich von 10 bis 20 Megawatt auftreten, erfordert eine Testeinrichtung gewaltigen Ausmaßes. Ein Motor, der die entsprechenden Antriebskräfte aufbringen kann, müsste erst noch entwickelt werden. Sein Gewicht von rund 500 Tonnen und die entsprechende Leistung von umgerechnet 10.000 bis 20.000 kW würden weltweit neue Maßstäbe setzen. Zusätzlich wäre eine weitere Bewegungseinheit notwendig, ebenfalls weit über 100 Tonnen schwer, mit der sich Scher- und Rüttelkräfte an der Antriebswelle nachstellen lassen.

„Wir wollen prüfen, ob sich ein Messplatz dieser Größenordnung auf dem Jülicher Campus mit zahlreichen hochempfindlichen Instrumenten integrieren lässt. Das ist wichtig, damit die heutigen und zukünftigen wissenschaftlichen Arbeiten am Forschungszentrum nicht gestört werden“, berichtet Dr. Ghaleb Natour, Direktor des Zentralinstituts für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA-1), das die Studie durchführt. Nicht nur die Lärmemission ist zu berücksichtigen. Verschiedene Jülicher Forschungsgruppen betreiben hoch- und ultrahochauflösende Mikroskope. Das Team um Ghaleb Natour untersucht daher mittels Schwingungsmessungen und Computersimulationen, wie sich die Erschütterungen in der Umgebung ausbreiten, die von einem solchen Großprüfstand ausgehen.

Auch der Transport über Land ist eine Herausforderung. Für Windkraftanlagen der neuesten Generation stellen die damit verbundenen Einschränkungen längst einen limitierenden Faktor dar. Die Machbarkeitsstudie soll daher klären, ob sich die fraglichen Komponenten – zusammengebaut erreichen die Antriebsgondeln eine Länge von etwa 25 Metern – überhaupt über die bestehenden Verkehrswege nach Jülich schaffen lassen. Die Ergebnisse der durch das NRW-Ziel-2-Programm mit 318.000 Euro aus EU- und Landesmitteln geförderten Studie werden für Ende des Jahres erwartet.

Quelle

Forschungszentrum Jülich 2013