07.11.2017
Autor/in: Angelika Rockel
Mitteilung Nr.: 215

1,5 Millionen Euro eingeworben: Uni Bremen baut neue Forschungsgruppe „Leistungselektronik“ auf

Mechatroniker entwickeln Schlüsselkomponente der Energiewende weiter

Nr.215 / 7. November 2017 RO

In Deutschland ist die Nutzung der Windenergie eine Erfolgsgeschichte. Mittlerweile sind die meisten Anlagen maschinenbauliche und elektrotechnische Hightech-Produkte. In der Windenergietechnik bildet die Leistungselektronik das Bindeglied zwischen dem mechanischen Teil des Antriebsstrangs und dem elektrischen Netz. Dabei muss sie den physikalischen Eigenschaften des Windes gerecht werden, aber auch die Anforderungen des elektrischen Netzes erfüllen. Praktisch alle Windenergieanlagen der Multi-Megawatt-Klasse werden durch Leistungselektronik an das elektrische Netz angebunden. Bei der Anbindung von Offshore-Windparks an das Verbundnetz mit Hilfe einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) bildet die Leistungselektronik das Herzstück zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt. Integriert in riesige Stromrichter stellt sie einerseits die Energieübertragung und anderseits intelligent Spannungen und Ströme, um die Windturbinen bedarfsgerecht zu betreiben. Die Leistungselektronik wird daher immer stärker zu einer systemrelevanten Schlüsseltechnik für die Energiewende.

Ziel: Kompetenzfeld dauerhaft in Bremen verankern

Mit dem Ziel, das Kompetenzfeld Leistungselektronik nachhaltig und dauerhaft im Land Bremen zu etablieren, wird nun im Rahmen eines vierjährigen, mit 1,5 Millionen Euro durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projektes, eine neue Forschungsgruppe für Hochleistungselektronik von Windenergieanlagen in der Universität Bremen in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) aufgebaut. Diese Forschungsgruppe für Hochleistungselektronik soll als Kooperationspartner für technologieorientierte Firmen sowie klein- und mittelständische Unternehmen wichtige Forschungs- und Transferfunktionen leisten. Im Fokus steht dabei die Entwicklung und Optimierung leistungselektronischer Anlagen für die Windenergie im On- und Offshore-Betrieb unter unternehmensspezifischen Aspekten.

Das Stromversorgungssystem ist sehr empfindlich

Eine große Herausforderung für das Gelingen der Energiewende stellt nach wie vor der stabile Betrieb des Stromversorgungssystems bei einem dominierenden Anteil an fluktuierender Einspeisung dar. Tatsächlich reagiert das elektrische Stromversorgungssystem innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde sehr empfindlich auf eine Störung des Gleichgewichts aus eingespeister und verbrauchter Leistung im Stromnetz. Dieses Gleichgewicht bildet die Voraussetzung für einen stabilen Betrieb des Stromversorgungssystems und muss in jedem Zeitaugenblick durch ausgeklügelte Regelungsmechanismen und durch den Einsatz von Hochleistungselektronik sichergestellt werden. Hochleistungselektronik ist damit für die Gestaltung des zukünftigen Energieversorgungssystems unverzichtbar.

„Mit der Einrichtung der transferorientierten Forschungsgruppe ,Hochleistungselektronik von Windenergieanlagen‘ als neuem Arbeitsbereich im Bremer Centrum für Mechatronik (BCM) wird die Leistungselektronik als wichtige Schlüsseltechnik für die Netzintegration der Windenergie im Land Bremen und der Metropolregion Bremen Oldenburg fest verankert“, kündigt der BCM Geschäftsleiter Dr.-Ing. Holger Raffel an. „Es werden Arbeitsplätze im Innovationsfeld Hochleistungselektronik geschaffen, attraktive Dienstleistungsangebote für die Industrie entwickelt und das Windenergiecluster gestärkt.“ Dazu sollen während der Aufbauphase leistungsfähige Netz- und Anlagenmodelle entwickelt werden, mit denen sich die dynamischen Aspekte der Netzintegration auch im Millisekundenbereich untersuchen lassen. Mit ihrer Hilfe kann dann eine Optimierung der Regelung von Windenergieanlagen durchgeführt werden. Zusätzlich entstehen spezielle Experimentierplattformen, wie beispielsweise ein 50 kW-Gondelprüfstand, an denen alternative Betriebskonzepte im kleinen Maßstab bereits im Labor experimentell erprobt werden können.

Enge Kooperation mit Firmen der Windenergiebranche

Das Bremer Centrum für Mechatronik hat sich in den zwölf Jahren seines Bestehens bereits nachhaltig als eine interdisziplinäre wissenschaftliche Transfereinrichtung der Universität Bremen etabliert. Es ist heute ein anerkannter Entwicklungspartner zahlreicher Industriebetriebe. Neben seinem technologischen Know-how bietet es auch maßgeschneiderte branchenübergreifende Beratung an. Die neue Gruppe mit der Ausrichtung auf anwendungsorientierte Forschung sowie Fort- und Weiterbildung im Bereich der Hochleistungselektronik wird die Transferaktivitäten des BCM um ein neues zukunftsweisendes Arbeitsgebiet erweitern. Durch die engen Kooperationen mit Firmen aus der Windenergiebranche wird der schnellstmögliche Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung gewährleistet. Unterstützt wird der Aufbau durch das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB).

Achtung Redaktionen: Ein Foto einer gemeinsamen Windenergie-Testanlage des IALB und des Fraunhofer IWES sowie das Logo des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finden Sie zum Download unter diesem Link: https://seafile.zfn.uni-bremen.de/f/756eecb88d314ec1939c/

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Physik und Elektrotechnik
Bremer Centrum für Mechatronik (BCM)
Dr.-Ing. Holger Raffel
Telefon: 0421 218-62690
E-Mail: raffelnoSpam@mechatronik-bcm.de