Ottimizzare in modo sostenibile l'energia eolica

(Quelle: Weiss Technik GmbH) / (Fonte: Weiss Technik GmbH)

(Quelle: Weiss Technik GmbH) / (Fonte: Weiss Technik GmbH)

Le energie eolica contribuisce in modo importante alla lotta contro i cambiamenti climatici. Tuttavia, i guasti, la manutenzione e le riparazioni degli impianti eolici sono spesso complessi e costosi. Spesso sono coinvolti i sistemi di elettronica di potenza, che sono sottoposti a sollecitazioni estremamente elevate. Per questo motivo, l'Università di Brema, nell'ambito del progetto congiunto HiPE-WiND, finanziato dal BMWi, ricerca come prolungare la loro durata di vita e ottimizzare la manutenzione. weisstechnik ha pianificato e realizzato una camera climatica per test di sollecitazione multidimensionale.

Partner della ricerca sull'energia eolica

In prima linea nel progetto congiunto HiPE-WiND (High Power Electronics in Wind Energy Plants) è l'Istituto di Azionamenti Elettrici, Elettronica di Potenza e Componenti della Università di Brema, in collaborazione con l'Istituto Fraunhofer per i Sistemi di Energia Eolica di Bremerhaven. Per scoprire quali componenti dell'elettronica di potenza si guastano sotto quali condizioni, vengono condotti test di sollecitazione a lungo termine su sistemi di inverter completi di impianti eolici fino alla classe da dieci megawatt. In questi test vengono simulate le alte sollecitazioni causate da condizioni di vento variabili e dalla rete elettrica, in diverse condizioni climatiche – dall'Artico al Sahara. Questi test si svolgono nella camera climatica sviluppata su misura da weisstechnik. Come cuore tecnologico del "HiPE-LAB" di Brema, aiuta a comprendere in modo realistico e in modalità accelerata come i sistemi di inverter invecchiano durante un utilizzo di 20 anni sotto sollecitazioni multimodali.

Impianto di grandi dimensioni da 300 kW con pavimento pesante

Il specialista esperto in tecnologia ambientale weisstechnik è riuscito a prevalere nella gara d'appalto per l'impianto, pianificando e realizzando il progetto come fornitore unico. La dimensione e la potenza della camera accessibile e transitabile, con un volume utile di circa 190 m3 e una potenza elettrica di circa 300 kW, rappresentavano già una sfida impegnativa. Il carico superficiale del pavimento pesante nel volume di prova supera i 10.000 N/m2. I grandi carichi di prova, fino a 5.000 kg, – armadi di commutazione con inverter – vengono trasportati con ruote attraverso un portone doppio a battente nella camera di prova. Le pareti della camera sono realizzate in acciaio inossidabile (saldato a tenuta di vapore) e sono dotate di un isolamento a doppio strato di 200 mm, composto da schiuma speciale e lana minerale. Una porta laterale consente l'accesso al personale.

Sistema di raffreddamento ecologico con CO2

Il range di temperatura richiesto per i test è tra (-)40 °C e (+)120 °C. Per realizzarlo nel modo più efficiente ed ecologico possibile, è stato utilizzato un ciclo di raffreddamento a CO2. In questo modo, sono raggiungibili temperature fino a (-)45 °C; allo stesso tempo, questa configurazione permette una elevata compensazione termica. Questo è importante per i test di sollecitazione, poiché i campioni sottoposti a carico generano un elevato carico termico. Questo ammonta a circa 70 kW a 100 °C e un'umidità relativa fino al 95%, e a 50 kW a 85 °C/85% r.F. L'uso del CO2 come refrigerante richiede ulteriori dispositivi di sicurezza. È stato quindi necessario integrare un sistema di raffreddamento di stand-by con alimentazione separata, per evitare l'espansione del CO2 e prevenire pressioni troppo elevate nel sistema durante l'arresto dell'impianto. Inoltre, è installato un sistema di allarme gas nella camera di prova e nella sala tecnica, che attiva allarmi ottici e acustici e avvia la doccia di emergenza in caso di fuga di CO2. Inoltre, il livello di ossigeno viene monitorato continuamente con tecnologia di misurazione ridondante.

Tecnologia su misura

Per una distribuzione dell'aria particolarmente omogenea nella camera di prova, è stata scelta una condotta verticale dell'aria. L'aria pre-riscaldata viene condotta tramite un pavimento pesante in acciaio inossidabile perforato, in cui sono posati anche i cavi di collegamento per i campioni, attraverso uno scambiatore di calore dal basso nella camera di prova e poi indirizzata verso l'alto. Sotto il soffitto, l'aria viene convogliata lateralmente e reintrodotta nella stanza di trattamento dell'aria. Le ventole di ricircolo sono regolabili senza gradini, e l'umidità dell'aria viene mantenuta igienicamente tramite umidificazione a vapore. La sala tecnica accanto alla camera di prova contiene tutti i componenti e gli armadi di comando necessari. Un requisito importante è che il livello di rumore dell'impianto non superi i 72 dBA. Per garantire questo in modo affidabile, i componenti sono dotati di isolamento acustico speciale.

Il sistema è controllato in modo semplice e intuitivo tramite il collaudato sistema di controllo SiMPAC® ottimizzato per impianti di simulazione ambientale, un sistema digitale di misurazione e regolazione per l'uso, il monitoraggio e la documentazione. La gestione può avvenire tramite un pannello touch (con l'interfaccia utente innovativa WEBSeason®) anche all'esterno, nella sala tecnica. Inoltre, l'impianto può essere gestito in modalità remota tramite interfaccia EtherCAT e rete.

Tecnologia di simulazione ambientale per la svolta climatica

Il sistema di prova multimodale è in uso con successo dal metà del 2021 nel progetto di ricerca HiPE WiND a Brema. I test combinati, realistici e climatici, sono ideali per scoprire come rendere più robusti e duraturi gli impianti eolici. Con questo, weisstechnik contribuisce in modo significativo alla transizione energetica.