Udržitelně optimalizovat větrnou energii

(Zdroj: Weiss Technik GmbH) / (Zdroj: Weiss Technik GmbH)

(Zdroj: Weiss Technik GmbH)

Větrná energie přispívá k boji proti změně klimatu. Výpadky, údržba a opravy větrných elektráren jsou však obvykle náročné a nákladné. Často je tím postižena výkonová elektronika, která je vystavena extrémním zatížením. Proto Univerzita Bremen v rámci společného projektu HiPE-WiND, financovaného BMWi, zkoumá, jak lze prodloužit její životnost a optimalizovat údržbu. společnost weisstechnik pro tento účel naplánovala a realizovala klimatickou zkušební komoru pro multidimenzionální zátěžové testy.

Partneři výzkumu větrné energie

Hlavním partnerem společného projektu HiPE-WiND (High Power Electronics in Wind Energy Plants) je Institut pro elektrické pohony, výkonovou elektroniku a součástky Univerzity Bremen ve spolupráci s Fraunhoferovým ústavem pro větrné energetické systémy v Bremerhavenu. Aby bylo možné zjistit, které komponenty výkonové elektroniky selhávají za jakých podmínek, jsou prováděny dlouhodobé zátěžové testy na kompletních systémech měničů větrných elektráren až do výkonové třídy deseti megawattů. Při tom jsou simulovány vysoké zátěže způsobené měnícími se větrnými podmínkami a sítí za různých klimatických podmínek – od Arktidy po Saharu. To se děje v na míru vyvinuté klimatické komoře společnosti weisstechnik. Jako srdce klimatického technického zařízení „HiPE-LABu“ v Bremenu pomáhá tato komora sledovat, jak se měničové systémy stárnou během 20letého provozu při multimodálních zátěžích, a to v reálném čase i v zrychleném režimu.

Velká 300 kW zařízení s těžkou podlahou

Zkušený specialista na environmentální techniku weisstechnik se při výběru zařízení úspěšně prosadil a mohl projekt naplánovat a realizovat komplexně. Velikost a výkonové parametry komory s přístupnou zkušební oblastí přibližně 190 m3 a s elektrickým příkonem téměř 300 kW představovaly již náročný úkol. Nosná plocha těžké podlahy v zkušební komoře přesahuje 10 000 N/m2. Velké zkušební předměty – rozvaděče s měniči – o hmotnosti až 5 000 kg se na kolech přesouvají přes dvojité vrata do zkušební komory. Stěny komory jsou z nerezové oceli (těsně svařené) a jsou opatřeny 200 mm silnou dvouvrstvou izolací složenou ze speciální pěny a minerální vlny. Boční dveře slouží jako přístup pro personál.

Ekologický chladicí systém s CO2

Požadovaný teplotní rozsah pro prováděné testy je od (-)40 °C do (+)120 °C. Aby bylo možné tento rozsah co nejefektivněji a ekologicky realizovat, byla použita CO2 chladicí kaskáda. Díky tomu je možné dosáhnout teplot až (-)45 °C; současně toto řešení umožňuje vysokou teplotní kompenzaci. To je důležité pro zátěžové testy, protože testované předměty při zatížení generují vysokou tepelnou zátěž. Ta činí přibližně 70 kW při 100 °C a vlhkostní oblasti až 95 % relativní vlhkosti, a 50 kW při 85 °C/85 % r.F. Použití CO2 jako chladiva vyžaduje další bezpečnostní opatření. Bylo nutné integrovat systém chlazení při odstávce s odděleným napájením, aby se zabránilo rozšíření CO2 a přehřátí systému při odstávce zařízení. Dále je v zkušební komoře a technické místnosti instalován plynový alarm, který spouští optické a akustické alarmy a aktivuje nouzové splachování v případě úniku CO2. Navíc je průběžně monitorováno hladina kyslíku pomocí redundantní měřicí techniky.

Na míru šitá technika

Pro velmi homogenní rozložení klimatu v zkušební komoře byla zvolena vertikální cirkulace vzduchu. Předehřátý vzduch je veden přes těžkou dvojitou podlahu z nerezové oceli s děrovaným plechem, do které jsou zapojeny připojovací vedení pro zkušební předměty, přes výměník tepla shora do zkušební komory a odtud je veden zpět nahoru. Pod stropem je vzduch odvodňován bočním odvodem a vracen do vzduchotechnické místnosti. Použité recirkulační ventilátory jsou plynule regulovatelné, vlhkost vzduchu je hygienicky udržována pomocí parního zvlhčování. Technická místnost vedle zkušební komory obsahuje veškeré potřebné agregáty a rozvaděče. Důležitým požadavkem je, že hluk zařízení nesmí přesáhnout 72 dBA. Aby bylo možné to spolehlivě zajistit, jsou agregáty opatřeny speciální zvukovou izolací.

Zařízení je ovládáno jednoduše a intuitivně prostřednictvím osvědčeného a pro environmentální simulace optimalizovaného systému SiMPAC® – digitálního měřicího a řídicího systému pro obsluhu, sledování a dokumentaci. Ovládání je možné přes dotykový panel (s inovativním uživatelským rozhraním WEBSeason®) mimo technickou místnost. Navíc může být zařízení provozováno přes EtherCAT rozhraní a síťové rozhraní v komfortním režimu vzdáleného ovládání.

Technika pro environmentální simulaci v boji za klima

Multimodální zkušební zařízení je od poloviny roku 2021 úspěšně v provozu v rámci výzkumného projektu HiPE WiND v Bremenu. Díky tomu je možné provádět kombinované, reálné klimatické a elektrické zátěžové testy, které jsou výborné pro zjištění, jak lze větrné elektrárny učinit odolnějšími a trvanlivějšími. Tím společnost weisstechnik přispívá k energetické transformaci.