SkyPower 100 - Pilotanlage zur Energieerzeugung aus Höhenwind, Teilvorhaben: Antriebsstrangkonzepte von Flugwindkraftanlagen für 1 bis 5 MW und deren Validierung an der Pilotanlage SkyPower100 mit einer Nennleistung von 100 kW

Ziele des Gesamtprojektes

Das Ziel des Gesamtprojektes ist die erstmalige Realisierung einer vollautomatischen Forschungsanlage zur Nutzung von Höhenwindenergie und umfasst die Entwicklungsarbeiten am Konzept und die Realisierung der Bodenstation mit Berge- und Stausystem sowie insbesondere den Entwurf und die Optimierung des Antriebsstranges mit Motor/Generator und Umrichter für die Forschungsanlage. Die im Rahmen des Vorhabens errichtete Forschungsanlage hat das Ziel, vollfunktional spätere Höhenwindenergieanlagen abzubilden und zur Grundlagenforschung in den Dauerbetrieb zu gehen, um hierdurch einerseits die Einsatzbedingungen, Energieproduktion und die Wirtschaftlichkeit durch Abschätzung späterer Stromgestehungskosten validieren zu können. Andererseits soll vor allem eine Bewertung und Weiterentwicklung der Automatisierung, der technologischen Komponenten und insbesondere der Materialien in Bezug auf Festigkeit und Haltbarkeit erfolgen. Das Gesamtvorhaben deckt mit der erstmaligen umfassenden Untersuchung der Genehmigung, Errichtung und Betrieb strukturiert die Umwelteinflüsse und Sicherheitsaspekte einer Flugwindkraftanlage in Form von z.B. Gutachten zu Geräuschemissionen, Avifauna und Luftverkehrssicherheit ab. Ein Schwerpunkt des Projektes und Grundlage der Forschungsanlage ist eine systematische Untersuchung unterschiedlicher Antriebsstrangkonzepte für Höhenwindanlagen mit Anlagenleistungen zwischen 1 und 5 MW.

Wissenschaftliche und/oder technische Arbeitsziele des Teilvorhabens

In dem Gesamtvorhaben eingebettet verfolgt das Teilvorhaben nachstehend aufgeführte wissenschaftliche und technische Ziele:

• Dimensionierung und Entwurf des Antriebssystems für die Forschungsanlage auf Basis der Systemdefinition und der zugehörigen technischen Spezifikation (AP2, AP8)
• Integration der Antriebsregelung in die Anlagenregelung über klar festgelegte Schnittstellen mit der Auswertung der Sensorik und der Fehlerbehandlung (AP2, AP5)
• Systematischer Entwurf und Dimensionierung von geeigneten (alternativen) Antriebssystemen für Anlagen mit einer Zielleistung von 1 bis 5 MW, Vergleiche, Bewertungen zur Eignung der Einzelanlagen und Windparkbetrachtungen (AP7, AP8) 
Aus dem Pumping-Kite-Prinzip resultieren gegenüber anderen Antriebssystemen in der Windkraft wesentlich andere Belastungen, weil sich die transienten Lastwechsel in Amplitude und Unregelmäßigkeit deutlich unterscheiden. Neben der Antriebsregelung stellt sich die Frage, welches Konzept die robustesten und energetisch besten Systemeigenschaften aufweist. Die Dimensionierung des Antriebssystems ist in enger Weise mit der Regelung des fliegenden Systems gekoppelt und der Erfolg hinsichtlich einer maximalen Nettoenergiegewinnung hängt sehr wesentlich von einem guten Zusammenspiel des fliegenden Systems und des Motor-Generators mit dem am Netz angeschlossenen Umrichter ab.
• Vergleiche und Bewertungen der untersuchten Motor-Generatoren und Umrichter (AP7)
• Vergleich der Simulationsmodelle mit den Ergebnissen des Testbetriebs (AP7, AP8, AP14)
• Validierung der Eignung des realisierten Designs und Auswertung der Messergebnisse aus dem Betrieb der Forschungsanlage (AP14)
• Realisierung einer Forschungsanlage zur Sammlung von Betriebsdaten und
 -erfahrungen (AP8, AP9, AP12, AP13)

Ansprechpartner Leibniz Universität Hannover

Dr.-Ing. Jörn Steinbrink, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)

Konsortium

Partner der Leibniz Universität Hannover

• Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)
    

Weitere Partner

• EnBW Energie Baden-Wüttemberg AG (EnBW)
• EWE Offshore Service & Solutions GmbH (EWE)
• SkySails Group GmbH (SkySails)