Windkraft


Schrank- und Gehäuselösungen für Offshore-Windkraftanlagen

Die Windenergienutzung auf dem Meer zählt zu den Zukunftstechnologien. Derzeit sind Offshore-Windparks mit einer Gesamtleistung von 45 GW rund um den Globus in Planung. Jedoch zeigte etwa das Projekt Horns Rev, daß der Einsatzort Meer auch Probleme aufwirft. Hier sind Lösungen gefragt, die die sensible Elektronik vor extremer Witterung und steigender Verlustleistung schützen.

Alternative Energien zu den langsam zur Neige gehenden, klassischen Energielieferanten Öl, Kohle und Erdgas sind heute mehr denn je gefragt. Energie aus Windkraft ist eine Alternative, die derzeit mit zweistelligen Wachstumsraten aufwarten kann. Zu Land und vor allem im Offshore-Bereich wird die Anzahl der Windenergieanlagen kontinuierlich ausgebaut. Allerdings erfordert der zuverlässige Betrieb bei teilweise extremen Außenbedingungen höchste Qualitätsstandards bei Komponenten und Systemen.

Das Herzstück der Technik von Windenergieanlagen befindet sich in der Gondel, an der das Windrad aufgehängt ist. Komponenten wie Getriebe, Haltebremse, Generator, Wärmetauscher, Hydraulikaggregat und Steuerschrank finden hier ihren Platz. In einer Höhe von teilweise über 100 m ist die Gondel dabei höchst blitzschlaggefährdet und besonderen mechanischen Belastungen und Schwingungen ausgesetzt. Zudem machen große Temperaturschwankungen und extreme Witterungseinflüsse den Windenergieanlagen zu schaffen. Korrosion und Kondensatbildung sind dabei der große Feind der Elektronik. Die beengte Räumlichkeit der Gondel ist mit Geräten und Gehäusen in hoher Packungsdichte versehen. Mit der weiter steigenden Leistung der Anlagen steigt zudem auch die Verlustleistung der Elektronik innerhalb der Gondel. Somit stellt sich die Frage der richtigen Klimatisierung, um den Ausfall der Anlage aufgrund von Überhitzung der Elektronik möglichst zu vermeiden.

Entsprechend hochgesteckt sind die Anforderungen an die Einzelkomponenten. Schaltschränke und Gehäuse werden aufgrund der Korrosionsgefahr durch die salzhaltige Seeluft meist aus Edelstahl gefertigt. Zudem erfordern mechanische Belastungen und Schwingungen eine versteifte und schwingungsgedämpfte Ausführung der Gehäuse. Die steigende Leistungsfähigkeit der Elektronik erfordert teilweise auch eine EMV-gerechte Auslegung der 'Verpackungen‘, um die Störungen aufgrund von elektromagnetischer Strahlung möglichst gering zu halten. Das Gleiche gilt für Lüfter oder Kühlgeräte. Zu Füßen des Windkraftturms sind spezielle Outdoor-Gehäusesysteme sowie Containerlösungen gefordert, die Teile der Strom-/Energieverteilung und Steuerung beherbergen. Für diese Anforderungen hat der Systemanbieter für Gehäuse- und Schaltschranktechnik Rittal passende Lösungen.

Für eine sichere 'Verpackung‘ der Gondelelektronik, unmittelbar hinter den Rotoren, sind vor allem platzsparende und problemlos zu integrierende Lösungen in hoher Schutzart, wie die Rittal-Kompakt-Schaltschränke AE gefragt. Die Serie mit max. Schutzart IP 66 umfaßt mehr als 200 Lösungen.

Als Steuerungsschrank-Lösung für die Netzanbindung an die Versorger bietet Rittal das Topschrank-System TS 8 an. Das System ist ebenfalls in Stahlblech oder Edelstahl erhältlich und durch seinen modularen und flexiblen Aufbau von allen Seiten anreihbar und zugänglich. Letzteres hilft bei Montage, Wartung und Reparatur Zeit und Kosten zu sparen und Stillstandszeiten zu minimieren.

In Sachen Schwingungsdämpfung und mechanischer Belastung lassen sich die Kleingehäuse, Bedienpulte und Großschränke mit anforderungsgerechten Versteifungen und Schwingungsdämpfungselementen ausrüsten. Bei Bedarf werden im Haus Schwingungs- und Vibrationstests durchgeführt. Neben sicheren Packaging-Lösungen gewährleistet eine effiziente Klimatisierung der Elektronik den reibungslosen Betrieb von Windenergieanlagen. Dies ist angesichts von weiter steigenden Verlustleistungen in der Gondel aufgrund immer leistungsfähigerer Elektronik moderner Anlagen ein ernstzunehmendes Thema. Als Lösung bietet das Herborner Unternehmen hier Klimageräte mit hermetischer Trennung von innerem und äußerem Luftkreis, so daß die Luft im Elektronikgehäuse nicht mit der salzhaltigen Seeluft vermischt werden kann. Schutzart IP 55, wahlweise lackierte Stahlblech- oder Edelstahlgehäuse und EMV-Schutz prädestinieren diese Klimageräte für den Einsatz in rauher Umgebung.

Aus Horns Rev gelernt

Bei der Abwicklung des Offshore-Projekts 'Horns Rev', 15 km vor der dänischen Westküste bei Esbjerg, wurde im Herbst 2003 bei den Transformatoren ein chargenspezifischer Fehler festgestellt. Es stellte sich heraus, daß die Isolierung nicht ausreichend war. Zu einem späteren Zeitpunkt traten auch in einem Generator Probleme auf. Eine gründliche Analyse ergab, daß das Problem auf einen Produktionsfehler zurückzuführen war. Eine Serie von insgesamt 70 Generatoren, davon 55 in Horns Rev, wiesen diese Mängel auf. Nach der Lokalisierung der übrigen 15 Generatoren entschied sich der Hersteller der Windanlagen, die dänische Vestas, alle 70 Generatoren auszutauschen. Als kosteneffektivste Lösung erwies es sich, alle Gondeln abzubauen und zurück an die Küste zu bringen. Dies bot Vestas die Möglichkeit, unter kontrollierten Bedingungen zu analysieren, welche Auswirkungen der zweijährige Einsatz in rauher Offshore-Umgebung hat. Vestas gewann daraus wesentliche Erkenntnisse: Bei den nächsten Offshore-Windparks, North Hoyle und Scroby Sands in Großbritannien, jeweils mit 30 Windenergieanlagen des Typs V80-2,0 MW, wurden die Erfahrungen bereits umgesetzt. "Scroby Sands wurde gerade in Betrieb genommen und North Hoyle arbeitet zur vollsten Zufriedenheit", betont Vestas. Daher erwarte man bei diesen Windparks und auch bei den kommenden Generationen der Windenergieanlagen des Typs V80-2,0 MW keine größeren Probleme.