Przełom w energetyce wiatrowej: Mobilna platforma testowa
Publiczne sieci energetyczne to skomplikowane systemy. Producenci turbin wiatrowych muszą ściśle przestrzegać wytycznych technicznych, aby bezpiecznie podłączać nowe urządzenia i nie zakłócać pracy całej sieci. Naukowcy z Fraunhofer IWES opracowali mobilną platformę testową, która pozwala na realistyczne testy turbin wiatrowych w warunkach rzeczywistych, nawet na morzu. Dzięki temu łatwiej jest zweryfikować i certyfikować nowe technologie oraz przyspieszyć transformację energetyczną.
Podłączenie turbin wiatrowych do publicznej sieci elektroenergetycznej stanowi złożone wyzwanie inżynieryjne. Proces ten przekracza ramy zwykłych testów funkcjonalnych. Nowe turbiny muszą spełniać rygorystyczne normy dotyczące parametrów elektrycznych, określone w obowiązujących przepisach dotyczących przyłączeń do sieci. Ponadto, muszą być zdolne do skutecznego reagowania na dynamiczne zdarzenia w sieci, takie jak zwarcia czy odchylenia częstotliwości. Dopiero po pomyślnym przejściu wszystkich wymaganych badań i procedur certyfikacyjnych, producent może uzyskać stosowne atesty.
– Musi się to odbywać w ten sposób, ponieważ sieci energetyczne są bardzo złożonymi systemami, a każda turbina wiatrowa musi pomagać w utrzymaniu ich stabilności – mówi Gesa Quistorf, Group Manager Power Electronics and Grid Integration w Fraunhofer Institute for Wind Energy Systems IWES w Bremerhaven.
Ponieważ turbiny stają się coraz większe zarówno pod względem mocy, jak i wielkości, przerastają one systemy testowe, które określają, czy nowa turbina wiatrowa lub farma spełniają odpowiednie przepisy. Dotyczy to w szczególności dużych morskich turbin wiatrowych.
W ramach projektu badawczego zatytułowanego Mobil-Grid-CoP (nazwa odnosi się do mobilnego urządzenia testowego do testów zgodności z siecią), Fraunhofer IWES opracował mobilne stanowisko testowe, które jest w stanie przetestować nawet bardzo duże turbiny wiatrowe o mocy do 28 megawoltoltoamperów (MVA). W rezultacie producenci mogą uzyskać certyfikację znacznie szybciej niż wcześniej. Niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Klimatu (BMWK) finansuje projekt kwotą 12,7 mln euro.
System testowy naśladujący sieć publiczną
Ze względu na ogromny wzrost liczby morskich farm wiatrowych, naukowcy z Fraunhofer skoncentrowali swoje wysiłki na dużych turbinach morskich w swoich pracach rozwojowych. Dlatego też stanowisko testowe zostało zaprojektowane dla typowego poziomu napięcia na morzu wynoszącego 66 kV, co oznacza, że nawet duże turbiny mogą być testowane w realistycznych warunkach przy pełnym obciążeniu.
– Nasz system testowy to emulator sieci, który jest przełączany między siecią publiczną a obiektem testowym, symulując zachowanie elektryczne sieci energetycznej do obiektu testowego. Sieć publiczna nie jest w żaden sposób zagrożona podczas tego procesu – wyjaśnia Quistorf.
Podczas testu system bada takie właściwości, jak zachowanie podczas zmian częstotliwości, krótkotrwałych zmian napięcia lub awarii sieci, takich jak zwarcie - wszystko w czasie rzeczywistym. Na każde zdarzenie turbina wiatrowa musi zareagować w ciągu milisekund. W przypadku zwarcia i następującego po nim spadku napięcia - na przykład z 66 kV do 0 kV - turbina musi wesprzeć sieć prądem biernym. W przeciwieństwie do mocy czynnej, moc bierna nie jest mocą użytkową, która ostatecznie dociera do konsumenta; zamiast tego jest potrzebna do podniesienia napięcia w sieci.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Stanowisko testowe w przenośnych dużych kontenerach
Obiekt testowy otrzymuje certyfikat jednostkowy i może zostać uruchomiony dopiero po wykazaniu wszystkich wymaganych specyfikacji, cech wydajności i możliwości. Stanowisko testowe jest umieszczone w dużych kontenerach, które są transportowane do lokalizacji prototypów turbin. W przypadku morskich turbin wiatrowych są one zazwyczaj wznoszone na wybrzeżu. Kontenery zawierają komponenty takie jak transformatory i konwertery. Zespół Fraunhofera wykorzystuje dostępne na rynku standardowe moduły dla komponentów, a naukowcy podejmują się zadania programowania oprogramowania testowego i analitycznego.
Mobil-Grid-CoP oferuje cały szereg wyraźnych korzyści dla sektora energii wiatrowej. Daje producentom możliwość przeprowadzenia solidnych, realistycznych i szczegółowych testów swoich prototypów, aby upewnić się, że są one gotowe do certyfikacji. Pozwala im to zmniejszyć ryzyko konieczności przerabiania turbin przed ich uruchomieniem i pomaga im szybciej przejść przez proces certyfikacji i uruchomienia. Stanowisko testowe umożliwia również łatwe przeprowadzanie retrospektywnych aktualizacji lub modernizacji turbiny. W Fraunhofer IWES mobilne stanowisko testowe można również łączyć z innymi stanowiskami testowymi w ramach rozbudowy infrastruktury - wszystko dzięki elastycznej konfiguracji obiektu.
Platforma testowa przyszłości
W porównaniu z konwencjonalnymi systemami testowymi, naukowcy z Fraunhofer idą o krok dalej z Mobil-Grid-CoP.
– Naszym celem jest opracowanie platformy technologicznej, która ułatwi elastyczne testowanie turbin wiatrowych w oparciu o scenariusze. Ze względu na szybki rozwój w zakresie przejścia na energię odnawialną, nowe zasady połączeń, które nie są jeszcze znane, mogą zacząć obowiązywać w ciągu zaledwie kilku lat. Dzięki Mobil-Grid-CoP jesteśmy na to przygotowani – wyjaśnia kierownik projektu Quistorf.
Dzięki swojej pracy Fraunhofer IWES w Bremerhaven odgrywa kluczową rolę w przyspieszeniu przejścia sieci energetycznych na źródła odnawialne.
Źródło: Fraunhofer