De grootste koppelsensor die ooit in de Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig is gekalibreerd, werd geïnstalleerd in een testbank in Aken. Met behulp van deze nieuwe transfernormaal kon een nieuwe kalibratieprocedure worden getest, die de precisie van de PTB naar de fabriek in Aken moest overbrengen. Dit gebeurde een internationaal project waarin verschillende nationale metrologie-instituten en verschillende exploitanten van testopstellingen zijn betrokken.
Met de resultaten uit de grootschalige meetcampagne willen de wetenschappers enerzijds de nauwkeurigheid van conventionele koppelbepalen, anderzijds een algemeen geldig protocol adviseren om ervoor te zorgen dat alle testopstellingen kunnen profiteren van nauwkeurige metingen. Dit leidt uiteindelijk tot verbetering van de windturbines en niet het minst bij de afnemers van de elektriciteit.
Koppelmeting
De nieuwe transfernormaal weegt 1,8 ton. Bij de ontwikkeling, kalibratie en complexe inbouw waren bij de PTB niet alleen experts in windenergiemeting, maar ook IT-experts en de fabrikanten van wetenschappelijke instrumenten. De dimensie van het project is even groot als het gebruik van windenergie: er worden steeds meer complexe systemen gebouwd. Hiermee wordenook de eisen aan de benodigde metingen steeds hoger.
Om ervoor te zorgen dat nieuw ontwikkelde onderdelen en machines van windturbines efficiënt en betrouwbaar werken, zijn veel tests nodig. Tot nu toe werden onder reële omstandigheden aan prototypen gemeten. Deze veldmetingen duren meestal erg lang, omdat op alle normale bedrijfscondities van de apparatuur moet worden gewacht.
Testopstellingen
Om onafhankelijk te worden van de wind, zijn de afgelopen jaren wereldwijd verschillende grote gondeltestopstellingen gebouwd. Hier is het mogelijk om nieuwe ontwikkelingen onder gecontroleerde omstandigheden te testen. Hierbij worden afzonderlijke componenten zoals de tandwielkast en generator of de gehele gondel blootgesteld aan kunstmatige wind. Een motor zorgt voor de rotatie, hydraulische systemen bootsen windvlagen en regenbuien na. Omdat de opstellingen op de grond staan, zijn veel gedetailleerdere metingen mogelijk dan tijdens veldmetingen.
Behalve de levensduur wordt de efficiëntie van de apparatuur bepaald. Er wordt dus bepaald hoeveel elektriciteit werkelijk uit de wind kan worden gebruikt en welke componenten nog moeten worden aangepast om het resultaat te verbeteren. Op dit punt in de ontwikkeling is het vaak belangrijk om de prototypen tot in het laatste detail te bekijken. Dit vereist zeer nauwkeurige metingen.
In roterende systemen is het koppel meestal de belangrijkste parameter, omdat dit de beweging levert. In complexe testopstellingen zijn dergelijke metingen momenteel niet goed genoeg om aan alle eisen te voldoen. Hier komt het EU-onderzoeksproject ‘MN ∙ m Torque’ om de hoek kijken.
Ontwikkeling en financiering
Dit project wordt ondersteund vanuit het Empir-programma, dat wordt gefinancierd door het Horizon 2020 kaderprogramma van de Europese Unie en de deelnemende staten. Het werd in het najaar van 2015 gestart, duurt drie jaar en is direct afgestemd op testopstellingen voor gondels.
Drie testcentra (het Center for Wind Power Drives van de RWTH in Aken, het Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energysystemtechnik in Kassel en het National Center for Renewable Energy (Cener) in Sarriguren, Spanje) werken samen met vier nationale metrologie-instituten (Duitsland, Spanje, Tsjechië en Finland). De competentie van de partners wordt gebruikt om de precisie die in de nationale instituten aanwezig is, naar de testopstellingen te brengen
Na deze eerste toepassing van de nieuwe transfernormaal wordt in het verdere verloop van het internationale project in detail onderzocht, wat de invloed van de rotatie en de extra windbelasting op de meting van het koppel is. Het doel is een gedetailleerd inzicht te krijgen in de technologie en de meetonzekerheid van de testopstelling.
Daarnaast zal een ‘Best Practice Guide’ worden opgesteld, die het uitvoeren kalibraties van de testopstellingen en het gebruik van transfernormalen in het MNm-bereik beschrijft. De transfernormaal is ook beschikbaar voor metingen na het project.