Leseprobe AUTOCAD & Inventor Magazin 2013/03

mechanikPitch-Control für Windenergie-AnlagenStark im WindKaum eine andere Technik hat in den letztenJahren solche Fortschritte gemacht wiedie Windenergie. Mehr als 22.000 Anlagenmit einer Gesamtleistung von 29.000 Megawattwaren Ende des Jahres 2011 bundesweitin Betrieb und deckten 7,7 Prozentdes gesamten deutschen Stromverbrauchsab. Dabei steigt die durchschnittliche Leistungder neu installierten Windenergieanlagenstetig an. Hohe Leistungen beigleichzeitig niedrigem Wartungsaufwand –magnetostriktive Positionssensoren sorgenfür Effizienzsteigerungen und hohe Verfügbarkeitender Anlagen und verbessern derenRenditen. Von Robert LuongBei Bauhöhen bis zu 100 Metern wirkenauf Windenergie-Anlagen starke aerodynamischeKräfte. Windgeschwindigkeitund -richtung ändern sich ständig. DieAnlagen arbeiten nur dann optimal, wennRotoren- und Generatorendrehzahl auf dieaugenblicklich herrschende Windgeschwindigkeitabgestimmt sind. VerschiedeneRegelungskonzepte gleichen daherdie Differenzen aus.Drehzahlregelung an WindenergieanlagenMit zunehmender Größe und Leistung derWindenergieanlagen geht der Trend zur sogenannten Pitch (englisch für Anstellwinkel)Control, also Anlagen, die ihre Leistungsabgabedurch Verstellung des Blattanstellwinkelsder Rotorblätter regeln. Damit lässt sichnicht nur die Rotorenrichtung selbst, sondernauch jedes einzelne Rotorblatt nach derWindstärke ausrichten.Leistungsstarke R-Serie-Sensorenmessen im Zylinder integriert exaktund zuverlässig Positionen.Veränderung des RotorblattanstellwinkelsZentrale Komponente eines Pitch-Systemsist ein Servoregler, der den Antrieb speist,überwacht und steuert, sowie Daten vonzum Beispiel Sensoren einliest und verarbeitet.Der Datenaustausch zur übergeordnetenSteuerung erfolgt ebenfalls über denServoregler. Er ist die Kommunikationsschnittstellezwischen Anlagensteuerungund Antrieb.Die Pitch Control sorgt dafür, dass dieNennleistung einer Anlage, also der maximaleGegenmoment am Generator beiNenngeschwindigkeit, nicht dauerhaftüberschritten und die Abgabe einer konstantenelektrischen Leistung auch beihohen Windgeschwindigkeiten erreichtwird. Bei zu starkem Wind tritt außerdemeine starke Schubbelastung auf Rotor, Turmund Fundament auf, die vermieden werdensoll.Das Funktionsprinzip der Pitch Controlist simpel: Steigt die Windgeschwindigkeitüber die zulässige Generatorenhöchstleistunghinaus oder erfassen starke Böen denRotor, wird die Drehzahl über den Anstellwinkelder Rotorblätter gesteuert, indemdiese um ihre Längsachse aus dem optimalenWinkel herausfahren. Dadurch verschlechtertsich ihr aerodynamischer Wirkungsgrad,und die Rotationsgeschwindigkeitbleibt konstant beziehungsweise sinkt.So kann die Leistungsabgabe exakt von derHöchst- auf die Nennleistung begrenzt werden.Die Feinjustierung der einzelnen Blätterführt außerdem zu einer gleichmäßigenBelastung der Lagerung. Das Ergebnis sindeine verbesserte Betriebssicherheit sowieein leiser, effektiver und belastungsarmerBetrieb. Bei niedrigeren oder wechselndenWindgeschwindigkeiten passen sich dieBlätter ebenfalls in ihrer Winkelstellung an,so dass eine konstante Drehzahl des Rotorserreicht wird.50AUTOCAD & Inventor Magazin 3/13