Startseite > Smarter World > Smart Energy > Klimatisierung macht Pitch-Systeme betriebssicher

Kühlen, Heizen und Entfeuchten in WEA-Gondeln

Klimatisierung macht Pitch-Systeme betriebssicher

2. Dezember 2013, 15:05 Uhr | Andreas Knoll

Elektrische Pitch-Systeme verstellen den Anstellwinkel der Rotorblätter passend zu den aktuellen Windverhältnissen, was maximale Windstrom-Erträge bringt.

Elektrische Pitch-Systeme gehören zur Standardausstattung moderner Windenergieanlagen (WEA). Ihre Klimatisierung ist notwendig, aber nur mit lageunabhängigen Systemen realisierbar, etwa auf Basis von Halbleiter- und Peltiertechnik.

Um den Wind unter allen Umständen effizient auszunutzen, können WEA ihre Rotorblätter »pitchen«, das heißt deren Anstellwinkel zum Wind hin verstellen. Diese Blattwinkelverstellung ermöglicht ferner die Leistungsbegrenzung bei zu hohen Windgeschwindigkeiten. Auch die Notabschaltung muss, selbst bei Netzausfall, sicher funktionieren. Pitch-Systeme gehören daher zu den wichtigen WEA-Komponenten.

Kleinere WEA werden oft mit mechanischen Pitch-Systemen gebaut, die mit Federn und Gewichten arbeiten und über Fliehkräfte auf die Rotordrehzahl reagieren. Hydraulische Blattwinkel-Verstellungen befinden sich entweder im Maschinenhaus oder in der Nabe. Über eine Schubstange werden die Blätter verstellt. Elektrische Pitch-Systeme werden bei großen WEA (ab einer Nennleistung von 500 kW) verwendet.

In modernen Pitch-Systemen kommen meist DC-Getriebemotoren zum Einsatz. Ein Akkusatz oder Hochleistungskondensatoren versorgen sie bei Netzausfall mit Energie. Alle Antriebskomponenten und die Energiespeicher sind innerhalb der Nabe installiert. »Die Entwickler moderner Pitch-Systeme stehen daher vor besonderen Herausforderungen, weil die Steuerungssysteme in der Rotornabe extremen Bedingungen wie Rotation, Vibration und starken Sommer-Winter-Temperaturschwankungen ausgesetzt sind«, erläutert David Streit, Vertriebsleiter der Elmeko GmbH & Co. KG in Liebenscheid. »Lange Lebensdauer, technische Verfügbarkeit von nahezu 100 Prozent, Wartungsfreiheit, der Einsatz in verschiedenen Klimazonen sowie kompakte Bauweise erfordern technische Lösungen.«

Kühl- und Heizsysteme halten die Temperatur

Weil Elektronik-Komponenten nur in einem begrenzten Temperaturbereich zuverlässig arbeiten (z.B. -20 bis +45 °C) und Temperaturstress (stark wechselnde Temperaturen) die Lebensdauer verkürzt, müssen die Systemgehäuse klimatisiert werden. »Hitze reduziert die Lebensdauer oder verursacht sogar Totalausfälle«, verdeutlicht David Streit. »Elektrogeräte erzeugen bei Betrieb Verlustwärme, die abgeführt werden muss. Im ungünstigen Fall kommt noch eine hohe Umgebungstemperatur hinzu, so dass eine aktive Kühlung erforderlich ist. Kälte und Temperaturschwankungen führen zu Feuchtebildung. Bei Anwendungen mit Tiefsttemperaturen bis -40 °C muss die Elektronik im Schaltschrank vor Inbetriebnahme aufgeheizt werden.«

Feuchte tritt auch auf, wenn die Temperatur sinkt, etwa bei Abkühlung in den Nachtstunden, beim Einsatz eines Kühlgeräts oder nach dem Abschalten der Anlage. »Bei hoher Luftfeuchte beispielsweise von 90 Prozent kann Kondensation bereits auftreten, wenn die Temperatur um 2K absinkt, etwa von +40 auf +38 °C«, führt David Streit aus. »Erschwerend kommt hinzu, dass Schaltschränke mindestens die Schutzart IP54 haben müssen, wenn möglich IP65. Die Hauptanforderungen an Klimatisierungssysteme sind kompakte Bauweise, gute Regelbarkeit, niedriger Energieverbrauch, wartungsarmer Betrieb, lange Lebensdauer und hohe Schutzart.«

In WEA kommt noch hinzu, dass die Systeme in der rotierenden Rotornabe lageunabhängig arbeiten müssen, unter ständigen Vibrationen stehen sowie bei unterschiedlichen Beschleunigungs- und Bremswerten sicher funktionieren sollen.