Besserer Schutz für Frequenzumrichter in Windenergieanlagen

Frequenzumrichter führen die Ausfallstatistiken der Windenergieanlagen-Komponenten an. Im Projekt ReCoWind (Langname: Zuverlässige Frequenzumrichter für Windenergieanlagen) wollen Partner aus Forschung und Wissenschaft wirkungsvolle Schutzmaßnahmen entwickeln und damit die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs verbessern.

18. Februar 2019
Umrichtermodul aus einer Windenergieanlage. Quelle: Fraunhofer IWES
Bild 1: Besserer Schutz für Frequenzumrichter in Windenergieanlagen (Umrichtermodul aus einer Windenergieanlage. Quelle: Fraunhofer IWES )

Ein volkswirtschaftlicher Schaden von etwa 200 Millionen Euro pro Jahr entsteht allein in Deutschland durch Reparaturkosten und Ertragsverluste, die defekte Umrichter in Windenergieanlagen verursachen. Gerade bei Offshore-Standorten ist die Reparatur logistisch aufwendig und nicht kurzfristig realisierbar. Die häufig starke Beschädigung der Leistungsmodule erschwert die Klärung der komplexen Wirkungszusammenhänge zusätzlich. Die Projektpartner haben jedoch ein großes Interesse daran besser zu verstehen, welche Einflussfaktoren Defekte auslo?sen und welche Prozesse bis zum Ausfall der Leistungselektronik-Komponente ablaufen.

Im Projekt ReCoWind (Langname: Zuverlässige Frequenzumrichter für Windenergieanlagen) werden diese Fragestellungen systematisch untersucht. Im Fokus stehen dabei die Kernkomponenten der Umrichter: Leistungshalbleitermodulen, Treibereinheiten und Zwischenkreiskomponenten. Aufgrund von Erkenntnissen aus Vorarbeiten wird ein besonderer Schwerpunkt auf den Einfluss von Feuchtigkeit gelegt. Mithilfe spezieller Messtechnik, die die Partner eigens entwickeln und auch an kommerziellen Komponenten unter realitätsnahen Bedingungen testen, soll die Informationsbasis erweitert werden.

„Durch die unterschiedlichen Akteure der Wertschöpfungskette und der Forschung erreichen wir einen besonderen Mehrwert. Damit stellen wir zudem sicher, dass eine Umsetzung der Erkenntnisse in Design- und Entwicklungsphasen sowie in den Betrieb der Bestandsanlagen stattfinden wird“, so Dipl.-Ing. Christian Broer vom Projektkoordinator Fraunhofer IWES.

Die Steigerung der Zuverlässigkeit soll zum Beispiel durch ein robusteres Design, die Entwicklung von Verfahren für beschleunigte Komponentenprüfungen sowie die Verbesserung von Betriebsführung- und Instandhaltungskonzepten erreicht werden. Experimentelle Untersuchungen werden Ergebnisse liefern, die als Grundlage für die Entwicklung von Schädigungsmodellen und Methoden zur Berechnung der Restlebensdauer dienen.

Parallel werden umfassende Ausfall- und Betriebsdaten ausgewertet und Feldmessungen durchgeführt, unter anderem im Windpark Nordsee One mit 54 Anlagen der Leistungsklasse 6 MW. Die Erkenntnisse sollen abschließend in Empfehlungen für Design, Messtechnik, Betriebsführung und Instandhaltung einfließen, die der Branche zur Verfügung gestellt werden