BG Technik: TE 13.1 Prozessautomatisierung - Regelung einer Windkraftanlage

5. Oktober 2011

 

Wie funktioniert eigentlich eine Windkraftanlage?

 

von Dipl.-Ing. Andreas Althen

 

Klar, der Wind treibt den Rotor an und der angeschlossene Generator liefert elektrischen Strom, vergleichbar dem Prinzip des Fahrraddynamos. Wieso kann man dann aber in Windparks Anlagen beobachten, die stillstehen, während andere sich drehen? Ganz so einfach scheint die Sachen also doch nicht zu sein.

 

Ist sie auch nicht. Windkraftanlagen können die Neigung der Rotorblätter verstellen, um je nach Windstärke eine optimale Drehzahl zu erreichen. Ist der Wind zu stark, fahren sie ihre Rotoren in die senkrechte Stellung zum Wind, so dass sich diesem keine Angriffsfläche mehr bietet und das Windrad stehen bleibt. Zusätzlich greift noch eine Bremse. So werden Beschädigungen durch Überlastung verhindert.

 

Technologisch bedeutet das: Rotorblattverstellung in Abhängigkeit von der Windstärke mit dem Ziel, die erzeugte Spannung möglichst konstant zu halten. Dieser Zusammenhang lässt sich hervorragend im Rahmen der Prozessautomatisierung unter der Thematik Regelungstechnik betrachten.

 

So wurde Anfang September 2011 für diese Untersuchungen ein Modell einer Windkraftanlage gebaut - zunächst aus Lego (TM). Kursleiter Herr Althen hat dann mittels Drehbank und Schweißgerät ein etwas solideres Modell aus Metall und Holz konstruiert (oben im Bild zu sehen). Schließlich soll es einige Jahre und auch einige Windstärken aushalten können. Ein Projektteam des BG 13 befasst sich nun mit der Sensorik und Aktorik, um das gewünschte Regelverhalten zu implementieren.

 

Hierzu kurz einige Schlagworte:

  • Messwertaufnahme (Sensorik) über Ausgangsspannung und Drehzahl
  • Erfassung mittels USB-A/D-Wandler
  • Realisierung der Regelung per Software
  • Ausgabe der Regelgröße per USB-D/A-Wandler
  • Entwicklung/Anpassung eines Interfaces zur Ansteuerung des Servos

 

Darüber hinaus sind auch rein mechanische Probleme zu lösen:

  • Mechanische Optimierung der Regelstrecke am Modell
  • Entwicklung eines geeigneten Flügelprofils
  • Stabilität des Turms
  • Zuverlässige Ansteuerung der kollektiven Rotorblattverstellung

 

Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch die Entwicklung

  • einer Messwertübertragung über LAN bzw. WLAN
  • eines Bremssystems zur Notabschaltung
  • einer geeigneten Sensorik/Aktorik zur Nachführung des Windrades bei wechselnden Windrichtungen
  • ...

 

 

Dieses Projekt hat den Förderwettbewerb für Ökologische Projekte 2012 der Stadtwerke Eschwege gewonnen und wird mit 2500,- Euro finanziell unterstützt.


Dafür bedanken wir uns ganz herzlich!

 

Die Werra-Rundschau hat in ihrer Ausgabe vom 7. Dezember 2011 darüber berichtet. Den Artikel finden Sie hier...

 

 

Einen kleinen Einblick in unser Projekt erhalten Sie durch die nachfolgende Bilderserie (Stand 7. März 2012):

 

 

 

 

8. Februar 2012

 

Landrat Stefan Reuß informiert sich über unser Projekt

 

Im Rahmen der Verleihung des Gesamtzertifikats "Gesundheitsfördernde Schule" durch die Hessische Kultusministerin Dorothea Henzler informiert sich der Landrat des Werra-Meißner-Kreises Stefan Reuß über unser Projekt.

 

Philipp Manns und Florian Trubel erläutern ausführlich die Funktionsweise des Modells und den Einsatz im Technologie-Unterricht des BG 13.

 

Bildergallerie

 

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