Windenergie-Technik

Je nach der Anordnung der Drehachse des Windkraftkonverters unterscheidet man zwischen Horizontal- und Vertikalachsenrotoren. Am Markt durchgesetzt haben sich dreiflügelige Horizontalachsen-Windenergieanlagen. Abweichende Konstruktionsformen wie z.B. der Darrieus-Typ (WEA mit vertikaler Achse) oder der Einflügler Monopteros haben dagegen keine Bedeutung auf dem heutigen Anlagenmarkt.

- Anhaltendes Anlagenupscaling
Seit den Anfängen der kommerziellen Windenergienutzung in Deutschland gegen Ende der 1980er-Jahre hat die Windindustrie in einem kontinuierlichen Upscalingprozess immer größere und leistungsfähigere Windenergieanlagen entwickelt. Seitdem ist die WEA-Leistung von 50 - 100 kW auf mittlerweile serienreife Konverter mit Leistungen von 2,5 MW und mehr angestiegen. Nabenhöhen von 100 m und mehr sind üblich. Mittelfristig ist bei anhaltendem Anlagenupscaling von einer Zunahme der Leistung auf 4 - 5 MW auszugehen. Erste Prototypen der Mutlimegawattklasse sind bereits errichtet. Das Haupteinsatzgebiet der Mutlimegawattanlagen wird in den nationalen und internationalen Offshore-Standorten gesehen.

- Leistungskennlinie und Leistungsbegrenzgung
Das von der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit abhängige Leistungsvermögen einer WEA wird in der Praxis mit Hilfe der anlagenspezifischen Leistungskennlinie dargestellt. Die Leistungskennlinie gibt einen Überblick über die von der Anlage abgegebene Leistung in Abhängigkeit von einer definierten Windgeschwindigkeit. Die Leistungsabgabe einer Windenergieanlage beginnt oberhalb der Anlaufwindgeschwindigkeit (bei 1,5 MW-WEA ca. 3,5 m/s in Nabenhöhe). Bis zum Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit (ca. 11 - 15 m/s in Nabenhöhe) nimmt die abgegebene Leistung zu. Aus Sicherheitsgründen schalten WEA bei Sturmwindgeschwindigkeiten automatisch ab.

Die Leistungsbegrenzung bei höheren Windgeschwindigkeiten erfolgt entweder per Pitch-, Stall- oder der sog. aktiven Stall-Regelung. Während die Leistungsaufnahme bei der Pitch-Regelung über eine variable Verstellung des Rotorblattwinkels erfolgt, ist das Rotorblatt bei der Stallregelung starr mit der Drehachse verbunden. Die Leistungsbegrenzung erfolgt konstruktionsbedingt bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit per Strömungsabriss. Die aktive Stallregelung kommt v.a. bei WEA von Leistungsklassen ab 1 MW zum Einsatz. Wie bei der Pitch-Regelung kann auch hier der Rotorblattwinkel verstellt werden. Im Unterschied dazu wird der Anstellwinkel der Rotorblätter bei Nennwindgeschwindigkeit jedoch erhöht, um den Strömungsabriss zu erzeugen. Im Unterschied zur Stall-Regelung bietet die aktive Ausführung die Möglichkeit zur genaueren und kontrollierteren Leistungsabgabe.

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