Fenntarthatóan optimalizálni a szélenergia-termelést

(Forrás: Weiss Technik GmbH)

(Forrás: Weiss Technik GmbH)

A szélerőművek fontos hozzájárulást nyújtanak a klímaváltozás elleni küzdelemhez. A szélerőművek meghibásodása, karbantartása és javítása azonban általában idő- és költségigényes. Gyakran érinti az erőelektronikát, amely rendkívül nagy terhelésnek van kitéve. Ezért a Bremeni Egyetem a HiPE-WiND szövetségi projekt keretében, az BMWi támogatásával kutatja, hogyan lehet meghosszabbítani azok élettartamát és optimalizálni a karbantartást. A weisstechnik ehhez egy többdimenziós terheléses tesztekre alkalmas klímakamrát tervezett és valósított meg.

A szélerőmű-kutatás partnerei

A HiPE-WiND (High Power Electronics in Wind Energy Plants) szövetségi projektben vezető szerepet tölt be a Bremeni Egyetem Villamos Meghajtások, Teljesítmény- és Beépített Elektronika Intézete, együttműködve a Bremerhaveni Fraunhofer Szélenergia Rendszerek Intézetével. Annak érdekében, hogy kiderüljön, mely komponensek az erőelektronikából milyen körülmények között hibásodnak meg, hosszú távú terheléses teszteket végeznek teljes inverterrendszereken szélerőművekben, akár tíz megawattos osztályban is. Ezek a tesztek a változó szélerősségek és az elektromos hálózat különböző klimatikus körülményei – az Arktisztól a Szaharáig – szimulálásával történnek. Ez a Weistechnik által fejlesztett egyedi klímakamrában zajlik. A Bremenben található „HiPE-LAB” klímatestközpont szívében segít valósághűen és időrövidítve követni, hogyan öregednek az inverterrendszerek egy 20 éves működés során a multimodális terhelések alatt.

300 kW-os nagyberendezés nehézpadlóval

A tapasztalt környezetvédelmi technológiai szakértő, a weisstechnik sikeresen nyert a berendezés pályázatán, és egy kézből tervezi és valósítja meg a projektet. A tesztkamra mérete és teljesítőképessége – kb. 190 m³ hasznos teszterülettel és közel 300 kW elektromos csatlakozási teljesítménnyel – már kihívást jelentett. A nehézpadló felületi terhelése több mint 10 000 N/m². A tesztelésre szánt, akár 5000 kg súlyú próbadarabok – kapcsolószekrények inverterekkel – görgőkön gördülnek be a kamrába egy kettős tolóajtón keresztül. A kamra falai rozsdamentes acélból készültek (párazáró hegesztéssel), 200 mm vastag két rétegű szigeteléssel, amely speciális habból és ásványgyapotból áll. Az oldalajtó személyzet számára biztosít hozzáférést.

Környezetbarát CO₂ hűtőberendezés

A tesztekhez szükséges hőmérsékleti tartomány (-)40 °C-tól (+)120 °C-ig terjed. Ennek hatékony és környezetbarát megvalósítására egy CO₂ hűtőkaskádot alkalmaztak. Ez lehetővé teszi a (-)45 °C-os hőmérséklet elérését is; ugyanakkor ez a kialakítás magas hőmérséklet-kompenzációt tesz lehetővé. Ez fontos a terheléses teszteknél, mivel a terhelés alatt vizsgált próbadarabok magas hőterhelést generálnak. Ez kb. 70 kW-ot jelent 100 °C-on és 95%-os relatív páratartalomig, valamint 50 kW-ot 85 °C-on/85%-os relatív páratartalom mellett. A CO₂ hűtőközeg alkalmazása további biztonsági intézkedéseket tesz szükségessé. Így például szükség volt egy külön áramellátással működő állásidős hűtés beépítésére, hogy megakadályozza a CO₂ kitágulását és a rendszer túl magas nyomását a leállás során. Emellett a tesztházban és a műszaki helyiségben gázelemző riasztórendszer van, amely optikai és hangjelzést ad, és aktiválja a vészmosást, ha CO₂ szivárog. Továbbá a folyamatos oxigénszint-ellenőrzést redundáns mérőberendezések végzik.

Személyre szabott technika

A próbateremben egyenletes klímaviszonyok biztosítása érdekében függőleges légáramlást alkalmaztak. A felmelegített levegőt egy nehézpadlós, rozsdamentes acél hálószékből készült padlón keresztül, ahol a csatlakozóvezetékek is elhelyezhetők, a hőcserélőn keresztül alulról a próbaterembe vezetik, majd felfelé irányítják. A mennyezet alatt a levegőt oldalirányban elszívják, és visszavezetik a levegőkezelő helyiségbe. A recirkulációs ventilátorok fokozatmentesen szabályozhatók, a páratartalom higiénikusan, gőzölős párásítással biztosított. A próbatest mellett található műszaki helyiségben minden szükséges berendezés és kapcsolószekrény elhelyezésre került. Fontos követelmény, hogy a berendezés zajszintje 72 dBA alatt maradjon. Ennek biztosítására a berendezéseket speciális hangszigeteléssel látták el.

A berendezést egyszerűen és intuitívan a bevált SiMPAC® vezérlőrendszerrel irányítják, amely a digitális mérés- és szabályozórendszer a kezelést, felügyeletet és dokumentációt szolgálja. A kezelést érintőképernyőn (WEBSeason® felhasználói felülettel) kívül a műszaki helyiségben is elérhető. Emellett az eszköz Ethernet- és hálózati interfészen keresztül távoli üzemmódban is működtethető.

Környezeti szimulációs technológia a klímaváltozásért

A multimodális próbaberendezés 2021 közepétől sikeresen működik a Bremenben zajló HiPE WiND kutatási projektben. Ez a valósághű klímaterheléses és elektromos terheléses tesztek kombinációja kiválóan alkalmas arra, hogy kiderüljön, hogyan lehet a szélerőműveket robusztusabbá és tartósabbá tenni. Ezáltal a weisstechnik egy újabb fontos hozzájárulást nyújt az energiapolitika váltásához.