Neues Design für effiziente Energiegewinnung

Baumüller und Solutions 4 Energy entwickeln gemeinsam Kleinwindkraftanlagen mit effizientem Generator

Facheitrag 2 webAufbau der Windenergieanlage

Fossile Brennstoffe sind immer weniger zukunftsfähig und regenerative Energie deshalb weiter auf dem Vormarsch. Eine wichtige alternative Energiequelle in Deutschland und weltweit ist der Wind. Hierzulande werden geeignete Standorte für Großwindanlagen aber bereits knapp. Der Windanlagenbauer Solutions 4 Energy ermöglicht mit seinen Kleinwindenergieanlagen die Erschließung zusätzlicher alternativer Standorte; je nach Einsatz mit einem durchschnittlichen Jahresertrag von 100.000 kWh. Mit diesem System bietet er eine attraktive Lösung für Gemeinden, landwirtschaftliche Betriebe und mittelständische Unternehmen.

Ende 2014 fiel der Startschuss für die Entwicklung der Kleinwindenergieanlage (KWEA) 30K16. Drei Anforderungen rückte Solutions 4 Energy dabei in den Fokus: kein Öl im System für minimalen Wartungsaufwand, höchstmögliche Effizienz und gleiche Sicherheitsstandards wie bei Großwindanlagen. Die Rolle des Partners für die Entwicklung eines geeigneten Generators, der die Erfüllung dieser Anforderungen ermöglicht, übernahm der Nürnberger Antriebs- und Automatisierungsspezialist Baumüller.

aaaNetzbetrieb oder dezentrale Energieversorgung

Entstanden ist eine Anlage, die mit einem innovativen Konzept zur Generatorkühlung und einer neuen Technologie im Rotorblattbereich einen hohen Ertrag, geringe Wartungszyklen und hohe Flexibilität bietet. Ca. 25 durchschnittliche 4-Personen-Haushalte, die im Jahr 2017 in Deutschland jeweils ca. 4.000 kWh Strom verbrauchten, können mit dem Energieertrag einer Anlage versorgt werden.  Die KWEA kann zur Einspeisung ans Netz angeschlossen oder aber zur dezentralen Energieversorgung für die Selbstversorgung eingesetzt werden. Die Anlage ist in schwarzstartfähiger Ausführung verfügbar, das heißt ohne Netzanschluss einsetzbar – ein wichtiger Aspekt für die Nutzung in entlegenen Gebieten z.B. in Afrika oder Südamerika. Aktuell arbeitet Solutions 4 Energy an einem Konzept zur Stromspeicherung und weiteren Varianten des Inselnetzbetriebes, so dass auch eine dauerhaft zuverlässige Energieversorgung ganz ohne die Überbrückung von windarmen Zeiten durch z. B. Dieselgeneratoren möglich ist.

Maximaler Ertrag mit Pitch-Technologie

Fachbeitrag 3 webDer Windkraftgenerator DSHT-650 von Baumüller ist das Herzstück der Kleinwindenergieanlage und erreicht einen sehr hohen Wirkungsgrad für maximale EnergieausbeuteDer Rotordurchmesser der 30K16 beträgt 16 Meter, damit eignet sie sich besonders für Starkwindstandorte. Für Schwachwindstandorte steht die Nachfolgevariante 30K20 zur Verfügung, die mit einem Rotordurchmesser von 20 Metern geringeres Windvorkommen ausgleichen kann. In drei Nabenhöhen – 22, 32 und 40 Meter – sind die KWEAs verfügbar. Wichtig war hier, dass auch die höchste Anlage unter 50 Metern bleibt, um den Genehmigungsprozess so einfach wie möglich zu halten.Bei der Rotorblattverstellung setzt Solutions 4 Energy die Pitch-Technologie ein. Das bedeutet, die Rotorblätter werden jederzeit in die optimale aerodynamische Position für maximalen Ertrag gebracht. Das Pitch-System ist außerdem Grundlage  für die Schwarzstartfähigkeit der Anlage, da so ein langsames Hochfahren der Anlage möglich wird, ohne dass eine plötzliche Netzüberlastung droht.

a1Alles elektrisch und ohne Öl

Besonderen Wert legte Solutions 4 Energy auf eine komplett elektrische und absolut ölfreie Lösung. Um dies zu erreichen, muss auch das Bremsen elektrisch und der Triebstrang ohne Getriebe realisiert werden. Der Betreiber profitiert mit dem System ohne Öl und Getriebe von längeren Wartungszyklen und damit geringen Betriebskosten sowie maximaler Effizienz. Die erste Testanlage ist aktuell in Sankt Michaelisdonn bei Hamburg in Betrieb. Hier wird ein Duration-Test von 35 Wochen durchgeführt, um tatsächliche Verfügbarkeit und Ertragsleistung testen zu können.

Effizientes Design: Generator mit innovativem Kühlkonzept

Herzstück der KWEA ist der Generator. Mit ihm steht und fällt die Zuverlässigkeit und die Ertragsleistung für den Betreiber. Baumüller entwickelte speziell für die Anforderungen der KWEA den Generator DSHT-650, der direkt hinter den Rotorblättern der Windanlage montiert ist. Beim DSHT handelt es sich um einen hochpoligen Synchrongenerator. Der sehr hohe Wirkungsgrad, der bei Volllast in der KWEA mit 91,4 Prozent getestet wurde, ermöglicht somit eine maximale Energieausbeute. Der Generator hat einen Durchmesser von 1300 Millimetern und eine Baulänge von 330 Millimetern. Durch sein hochpoliges Konstruktionsprinzip sichert der DSHT einen ruckfreien Lauf der Rotorblätter auch bei geringen Drehzahlen. So wird verhindert, dass durch hohe Rastmomente Vibrationen auf die Rotorblätter übertragen werden.

Besonderer Clou am Generator ist die Kühlung ohne separaten Lüfter. Solutions 4 Energy stellte die Forderung, dass keine elektrische Leistung für einen separaten Lüfter aufgewendet werden solle, da dies den Gesamtertrag der Anlage verringern würde. Baumüller löst das Problem mit einer speziellen Generator-Konstruktion mit Kühlrippen. Die Kühlung erfolgt durch den natürlichen Luftstrom, der durch die Kühlrippen, die sich quer zu den Rotorblättern außen am Generator befinden, strömt und so für ausreichend Kühlung sorgt. Dies ist möglich, weil der Generator mit seinem besonders hohen Wirkungsgrad nur geringe Abwärme produziert. Weitere Besonderheit ist die Beschichtung des Generators. Solutions 4 Energy erfüllt mit seinen KWEA die IEC 61400-1 und bietet damit als einziger Hersteller die gleichen Standards, wie sie bei Großwindanlagen gefordert werden. Um diese Zertifizierung zu erhalten, muss die Witterungsbeständigkeit der Anlage für zwanzig Jahre gesichert sein. Den erforderlichen hohen Korrosionsschutz erreicht Baumüller beim DSHT mit einer speziellen Lackierung. 

Fazit

Fachbeitrag 4 webDer Generator sitzt dirket hinter den Rotorblättern und wird über die Kühlrippen ausschließlich durch den Luftstrom der Rotorblätter gekühlt

Mit dem innovativen Generatordesign der Firma Baumüller und dem Know-how der Spezialisten für Windenergie der Firma Solutions 4 Energy ist eine effiziente Kleinwindkraftanlage entstanden, die höchste Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz erfüllt.