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Frischer Antrieb: Ein neues elektrischen Pitchsystem lässt sich dank hoher Modularität flexibel in Anlagen von 1,5 bis 3 MW integrieren.
Windenergie: On- & Offshore

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Antrieb im richtigen Winkel

Text: Ronald Horstjan, SSB Wind Systems Foto: SSB Wind Systems
Damit die Ausbeute von Windenergieanlagen möglichst hoch ist, kommt es bei der Rotorblattstellung auf jeden Zentimeter an. Für die optimale Ausrichtung sorgen elektrische Pitchsysteme, die bis dato jedoch mit hohem Aufwand speziell auf jeden Anlagentyp ausgelegt werden mussten. Eine Neuentwicklung eines universellen Systems schafft Abhilfe.

Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Windenergieanlagen hängen maßgeblich von den verwendeten Pitchsystemen ab, die Sensorik, Aktorik sowie Regelungstechnik vereinen. Die meisten Anlagenhersteller nutzen heutzutage elektromechanische Verstellsysteme, sogenannte elektrische Pitchsysteme, um die Stellung der Rotorblätter zum Wind zu regeln.

Bislang war die Entwicklung und Fertigung von Pitchsystemen aufgrund unterschiedlicher Designs von Windenergieanlagen jedoch sehr zeitaufwendig, da jedes System individuell an die Anlagen-Typen angepasst werden musste. Durch die Entwicklung des weltweit ersten universellen Pitchsystems für Anlagen im Leistungsbereich von 1,5 bis 3 MW stehen solche Systeme dem Markt nun aber wesentlich schneller als bisher zur Verfügung.

Die Kosten elektrischer Pitchsysteme stehen in keinem Verhältnis zur Relevanz: Sie haben ungefähr einen Anteil von weniger als drei Prozent an den Gesamtkosten einer Windenergieanlage. Dennoch sind derartige Systeme entscheidend für die Performance und Sicherheit einer solchen Anlage. Nur wenn die Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sind, lässt sich eine hohe Energieausbeute sicherstellen. Darüber hinaus dient das Pitchsystem in modernen Anlagen als Hauptbremssystem. Bei einem Notstopp werden die Rotorblätter über die Pitchverstellung in die sogenannte Fahnenposition verfahren, um die Anlage sicher abzubremsen.

Individuelle Vorstellungen, die jeder Kunde vom Design seiner Windkraftanlage hat, erschwerten bislang die Entwicklung solcher Pitchsysteme. Außerdem variiert der Bauraum der Rotornabe (siehe Abbildung), dem Einsatzort des Pitchsystems, je nach Typ der Windenergieanlage und beeinflusst somit maßgeblich das mechanische Design der für ein solches System notwendigen Steuerschränke. Möchte man trotz dieser sehr diversifizierten Ausgangssituation ein Pitchsystem entwickeln, das allen Anforderungen des Marktes gerecht wird, ist dies vor allem durch eine höhere Systemmodularität im Zusammenspiel mit optimierten prozesstechnischen Abläufen zu erreichen.

Analyse bisheriger Anforderungen

Der Entwicklung von UniFlex Pitch, einem neuen Pitchsystem von SSB Wind Systems, gingen aufwendige Analysen der bisherigen Kundenanforderungen voraus. Als eine wichtige Kenngröße identifizierte man vor allem das Drehmoment und die Drehzahl des Pitchantriebs, also die entscheidenden Faktoren für dessen elektrische Leistung. Für das neue Pitchsystem musste demnach eine Antriebslösung gefunden werden, die möglichst viele unterschiedliche Kunden- und damit Projektanforderungen abdeckt.

Als weitere zentrale Herausforderung galt es, das Schrankdesign an die Anforderungen eines universellen, flexibel einsetzbaren Pitchsystems anzupassen. Hierzu wurde eine große Anzahl unterschiedlicher Nabendesigns betrachtet und ausgewertet. Hieraus konnten die für die Integration eines Pitchsystems notwendigen und zulässigen Schrankdimensionen im Hinblick auf den jeweils zur Verfügung stehenden Bauraum entwickelt werden. Zudem sollten sich die Steuerschränke für die weltweit genutzten Pitchsysteme rund um den Globus mit möglichst geringem Werkzeugeinsatz fertigen lassen.

Vorbereitete Unterbaugruppen

Unter Berücksichtigung der oben genannten Anforderungen gelang es durch die Entwicklung von Unterbaugruppen eine höhere Modularität von elektrischen Pitchsystemen zu verwirklichen. Diese Unterbaugruppen sind teilweise schon vorverdrahtet und somit für die Konfektionierung und Montage bereits weitgehend vorbereitet. Auf diese Weise stehen die Pitchsysteme nun, quasi auf Abruf, bereit und sind daher für den Markt wesentlich schneller als bisher verfügbar.

Dazu mussten aber auch die prozesstechnischen Abläufe für die Entwicklung und Fertigung von UniFlex Pitch optimiert werden. Daraus ergeben sich verbesserte Produkt-Qualifizierungsläufe, die den Einsatz effizienterer Mess- und Prüfverfahren ermöglichen.

Mit der Realisierung von UniFlex Pitch verkürzen sich die Reaktionszeiten für elektrische Pitchsysteme im Markt deutlich. Insbesondere Anlagenhersteller, die über einen längeren Zeitraum regelmäßig für verschiedenste Projekte Pitchsysteme benötigen, profitieren von einer schnelleren Verfügbarkeit, selbst dann, wenn kurzfristig ein höherer Bedarf an Systemen besteht.

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