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.

Fraunhofer IWES

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

Rynek

Powstała największa farma wiatrowa w Polsce

Grupa PGE uruchomiła dwie nowe farmy wiatrowe Starza/Rybice i Karnice II. Inwestycja w północno-zachodniej części województwa zachodniopomorskiego to 43 turbiny o łącznej moc zainstalowanej blisko 100 MW. Inwestycja zwiększa łączną moc zainstalowaną farm wiatrowych Grupy PGE o blisko 20% do 647 MW i umacnia pozycję Grupy jako największego producenta zielonej energii w Polsce. 

Inne

Kontenery dekarbonizacyjne zamieniają 78% emisji morskich w wapień

Niezwykły projekt pilotażowy zainstalowany na kontenerowcu o długości 240 m udowodnił, że możliwe jest wychwytywanie co najmniej 78% emisji z kominów statków towarowych i przekształcanie CO₂ w kamyki wapienne, które można rozładować i sprzedać.

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.

Źródło: Fraunhofer IWES

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