Die Elegant Energy GmbH & Co KG mit Sitz im Norden Deutschlands ist ein kleines, aber enorm innovatives und leistungsfähiges Unternehmen, das von der Überzeugung motiviert ist, dass jeder Mensch das Recht auf saubere und grenzenlose Energie hat. Zur Unterstützung dieser Überzeugung hat das Unternehmen Marlene entwickelt, eine neue Windkraftanlage mit vertikaler Achse, die vielseitig, effizient, kompakt und kostengünstig ist. Im Mittelpunkt von Marlenes Design und Betrieb steht ein leistungsstarker Netzkonverter der NX-Serie von Danfoss Drives.
Turbine mit Induktionsgenerator
Als die Ingenieure von Elegant Energy mit der Entwicklung von Marlene begannen, lehnten sie Konstruktionen mit horizontalen Achsen schnell ab, da diese mehr Platz für die Aufstellung benötigen, als den meisten Benutzern zur Verfügung steht. Die Ingenieure wussten jedoch auch, dass Turbinen mit vertikaler Achse trotz ihres leisen Betriebs und ihres unauffälligen Erscheinungsbilds für ihre schlechte Leistung und Effizienz bekannt sind. Sie haben diese Probleme mit einem neuartigen und eleganten hocheffizienten Rotorkonzept gelöst und einen Induktionsgenerator verwendet, anstatt die üblichere Option eines Permanentmagnetgenerators zu verwenden.
Wie bei allen Windkraftanlagen variieren die Ausgangsspannung und Frequenz des Marlene-Generators mit der Windgeschwindigkeit. Um diesen Ausgang in eine stabile Spannung und Frequenz umzuwandeln, die zur Versorgung der meisten Lasttypen und zur Einspeisung in das Stromnetz erforderlich ist, ist ein Wechselrichtersystem erforderlich, das häufig als Netzwandler bezeichnet wird. Um einen für Marlene geeigneten Netzkonverter bereitzustellen, wandte sich Elegant Energy an Danfoss Drives.
Standard-Netzkonverter von Danfoss Drives
„Wir haben uns für Danfoss Drives entschieden, weil das Unternehmen einen ausgezeichneten Ruf für Produktqualität und -leistung hat und aufgrund seines starken Engagements für die Unterstützung von Projekten im Bereich erneuerbare Energien über Standardprodukte verfügt, die genau unseren Anforderungen entsprechen“, sagte Kim van Wagtendonk, Co- Eigentümer von Elegant Energy. „Wir wussten auch, dass Danfoss weltweit Vertrieb und Support anbietet, was für uns sehr wichtig ist, und der Preis für die Danfoss-Produkte war auch sehr attraktiv!“
Durch die Entscheidung für ein Standardprodukt anstelle eines speziell entwickelten kundenspezifischen Netzkonverters konnte Elegant Energy die Entwicklungskosten senken. Noch wichtiger ist, dass ein Konverter mit bewährter Leistung und Zuverlässigkeit bereits typgeprüft wurde und nachweislich die einschlägigen Normen und behördlichen Anforderungen vollständig erfüllt.
Für den Einsatz in Marlene mit einem 8-kW-Generator wählte Elegant Energy Netzkonverter aus der Danfoss Drives NX-Familie. Diese sind in einer Vielzahl von Größen mit Nennleistungen bis zu mehreren Megawatt erhältlich, sodass die Skalierbarkeit des Marlene-Designs gewährleistet ist, falls verbesserte Versionen in Gebieten mit überdurchschnittlich hohen Windgeschwindigkeiten benötigt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass die NX-Konverter aufgrund des umfassenden Verständnisses und des vorausschauenden Ansatzes von Danfoss Drives für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energien über vorprogrammierte Standardfunktionen verfügen, die Elegant Energy als äußerst nützlich erachtete.
Flugstart der Turbine
Die erste dieser Funktionen ist „Flugstart“. Um die Windenergie bei niedrigen Windgeschwindigkeiten optimal zu nutzen, ist Marlene so konzipiert, dass sich der Rotor auch dann drehen kann, wenn nicht genügend Wind zur Stromerzeugung vorhanden ist. Sobald der Wind das kritische Niveau erreicht, wird der Generator an den Konverter angeschlossen, damit er sofort mit der Stromerzeugung beginnen kann. Dies bedeutet, dass der Generator in der Lage sein muss, eine plötzliche Verbindung zu einem bereits rotierenden aerodynamischen Rotor herzustellen, und dies ist genau die Funktionalität, die die Flugstartoption bietet.
Die zweite Funktion, die für Elegant Energy nützlich ist, ist die Funktion „Verbotene Frequenz“. Ein Problem, das die Konstruktion aller Windkraftanlagen erschwert, ist die Resonanz. Über einen kleinen Bereich von Rotordrehzahlen bilden sich möglicherweise schädliche Resonanzschwingungen in der Turbinenstruktur. Eine Lösung besteht darin, mehr strukturelle Aussteifungen hinzuzufügen, dies erhöht jedoch die Kosten und erhöht das Gewicht der Turbine. Die verbotene Frequenzfunktion von NX-Wandlern bietet eine bessere Lösung.
Überspringen des Resonanzbereichs
Wenn diese Funktion verwendet wird, erkennt der Wandler, wenn sich die Rotordrehzahl dem unteren Ende des Resonanzbereichs nähert. Anschließend wird der Generator belastet, um weitere Drehzahlerhöhungen zu verhindern, bis die Windgeschwindigkeit ausreichend ansteigt, um den Rotor mit Drehzahlen über dem oberen Ende des Resonanzbereichs anzutreiben. Zu diesem Zeitpunkt wird der normale Betrieb wiederhergestellt. Die Funktion funktioniert auf ähnliche Weise, um den Betrieb im Resonanzbereich bei sinkender Windgeschwindigkeit zu blockieren.
„Die verbotene Frequenzfunktion hat das Design von Marlene erheblich vereinfacht“, sagte Kim van Wagtendonk. „Es bedeutete, dass wir Resonanzprobleme beseitigen konnten, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen, und es war außergewöhnlich einfach zu bedienen. Wir mussten lediglich die oberen und unteren Grenzen des Rotordrehzahlbereichs festlegen, an denen Resonanz auftreten kann – nur wenige Minuten Arbeit, um ein möglicherweise schwieriges und teures Problem zu lösen! “
Anschluss von Energiespeichern
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Verwendung eines NX-Netzkonverters in Marlene besteht darin, dass er über integrierte Einrichtungen und Unterstützung für den Anschluss von Energiespeichern in Form nahezu aller Arten von Sekundärbatterien verfügt. Auf diese Weise kann Marlene als Hybridsystem mit Batterien geliefert werden, die bei Wind geladen werden, damit sie die Lasten weiterhin versorgen können, wenn die Windgeschwindigkeit unter der für eine angemessene Stromerzeugung erforderlichen Geschwindigkeit liegt. Elegant Energy hat sogar die Marlene-Mastbasis so konzipiert, dass sie die gesamte Elektronik einschließlich des Platzes für Basisbatterien aufnehmen kann, was ein kompaktes Design ermöglicht.
Elektromagnetische Bremse
In Marlene wird der Danfoss Drives NX-Netzkonverter in Verbindung mit einer industriellen programmierbaren Steuerung von Beckhoff verwendet, die allgemeine Steuerungs- und Notfallfunktionen bietet, z. B. das automatische Anlegen einer elektromagnetischen Bremse bei einem Geräteausfall. Sowohl der Konverter als auch der Industrie-PC erwiesen sich als einfach zu programmieren, und die Integration war dank der technischen Vorteile der gemeinsamen Entwicklungsvereinbarung zwischen Danfoss und Beckhoff unkompliziert.
Zum Zeitpunkt des Schreibens war die erste Marlene-Windkraftanlage mit vertikaler Achse seit fünf Monaten in Betrieb, und während dieser Zeit haben die Danfoss NX-Netzkonverter fehlerfrei funktioniert.
Serienproduktion ab August 2020
Derzeit nutzt Elegant Energy seine Erfahrungen aus der ersten Marlene, um die Serienproduktion vorzubereiten, die voraussichtlich im August 2020 beginnen wird. Erste Bestellungen wurden aufgegeben und das internationale Interesse ist noch größer als erwartet.
Hervorragendes Danfoss-Team
„Danfoss Drives hat zweifellos eine Schlüsselrolle für den Erfolg des Marlene-Projekts gespielt“, sagte Kim van Wagtendonk, „und das Unternehmen war ein hervorragender Partner für die Zusammenarbeit. Obwohl wir ein vergleichsweise kleines Unternehmen sind, hat Danfoss Drives uns immer unermüdlich und enthusiastisch unterstützt, und wann immer wir Hilfe oder Rat brauchten, hat das Danfoss-Team eine schnelle, genaue und hilfreiche Antwort gegeben. Ich würde Danfoss Drives jedem empfehlen, der im Bereich der erneuerbaren Energien tätig ist – es ist wirklich ein „Can-Do“ -Unternehmen mit großartigen Produkten und großartigen Menschen. “
