Optimal am Wind: Pitchsysteme - GL Group

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stromversorgung funktionieren müssen. Nur so kann das System unabhängig von der äußeren Stromversorgung im Notfall die Blätter aus dem Wind drehen und den Rotor abbremsen. Beschädigte Innenverzahnung eines Pitch-Lagers. Antriebsmotor Betriebsführung Motorregelung Getriebe Blattlager Rotorblatt Die vier Hauptkomponenten eines Pitchsystems: Antriebsmotor, Getriebe, Blattlager und Motorregelung. Diese empfängt Signale der Betriebsführung und regelt den Antriebsmotor des Systems. Die mechanische Abtriebsleistung des Antriebsmotors wird in Drehmoment und Drehzahl durch das Getriebe gewandelt und über eine Verzahnung auf den drehbaren Ring des Blattlagers übertragen. Eine Schraubverbindung wiederum verknüpft das Blattlager mit dem Rotorblatt. Was passieren kann, wenn eine Windenergieanlage im Notfall nicht rechtzeitig abgebremst werden kann, beschreibt Andreas Manjock, Experte für Lastannahmen beim Germanischen Lloyd, so: „Gerät der Rotor durch Versagen des Systems in Überdrehzahl, kann es bei einfallender Rotorbremse zur Überhitzung kommen und dies schnell zu einem brennenden Maschinenhaus führen. Oder aber die Rotorblätter werden durch die hohen Drehzahlen derart beansprucht, dass sie abbrechen oder abreißen. All diese Fälle sind in der Vergangenheit schon eingetreten, ebenso ist es vorgekommen, dass bei einem Ausfall des Pitchsystems die Rotorblätter durch die zunehmenden Kräfte so stark durchgebogen wurden, dass sie gegen den Turm schlugen und zerbrachen.“ Durch die rasant wachsende Größe der Windenergieanlagen und den Einsatz immer komplexerer Regelungssysteme sind die Anforderungen an die Auslegung und Dimensionierung von Pitchsystemen in den letzten Jahren stetig gestiegen. „Es liegen uns einige Schadensmeldungen zu den Pitchsystemen vor. Besonders deren Getriebe und Motor wurden häufiger in Mitleidenschaft gezogen“, erklärt Jan- Bernd Franke, Sachverständiger für Maschinenbau beim Germanischen Lloyd, die Situation. Freilich bestünden Unklarheiten darüber, wie und warum diese Schäden überhaupt entstanden seien. durch unabhängiges Verdrehen der Rotorblätter die Bremsfähigkeit der Anlage. Die Wirkungsweise einer solchen „aerodynamischen Bremse“ ist viel effektiver als ein mechanisches Bremssystem. So entfällt eine kostenintensive Investition in verschleißanfällige Rotorbremsen. Als entscheidendes Leistungsbegrenzungs- sowie Bremssystem steht die Rotorblattverstellung im Fokus aller Überwachungs- und Sicherheitssysteme einer Windenergieanlage. Pitchsysteme sollten zertifiziert werden, da sie beispielsweise bei einem Störfall mit einer eigenen Not- Um die auf eine Windenergieanlage einwirkenden Belastungen zu berechnen, werden mit Hilfe von Computerprogrammen detaillierte Simulationsberechnungen durchgeführt. Diese sollen zeigen, wie sich die wichtigen Komponenten einer Windenergieanlage, also beispielsweise ▶ Das Pitchsystem einer Windenergieanlage setzt sich prinzipiell aus vier Hauptkomponenten zusammen – einem Blattlager, einem Getriebe, einem Antriebsmotor und einer Motorregelung. Letztere empfängt Signale der Betriebsführung und regelt den Antriebsmotor des Systems. Die mechanische Abtriebsleistung des Antriebsmotors wird in Drehmoment und Drehzahl durch das Getriebe gewandelt und über eine Verzahnung auf den drehbaren Ring des Blattlagers übertragen. Verbunden ist das Rotorblatt mit dem Blattlager über eine Schraubverbindung. JUBILÄUM 10 Jahre MEASNET Auf der diesjährigen EWEC feiert das internationale Netzwerk Measuring Network of Wind Energy Institute (MEASNET) sein 10-jähriges Jubiläum. Die Organisation wurde 1997 durch sieben Windenergieforschungsinstitute gegründet. Verbesserte Qualität von Messungen und einheitliche Auslegung von Normen und Empfehlungen sowie die Austauschfähigkeit von Ergebnissen im Windenergiebereich sind die Ziele des MEASNET. Heute bieten 16 Mitglieder aus sechs Staaten ihre Dienstleistungspalette für Kunden auf der ganzen Welt an. MEASNET ist einer der Sponsoren des Ausstellungsempfangs der EWEC und feiert das zehnjährige Jubiläum am Dienstag, dem 8. Mai ,von 17:30 bis 19:00 Uhr im EWEC-Ausstellungsbereich in Halle 5 und Halle B. www.measnet.com ■ 2 beaufort 6 2/2007
Rotorblätter und Turm, elastisch verformen und miteinander interagieren. Eine wesentliche Schwäche aller bisherigen Modelle aber ist, dass dabei das Pitchsystem nicht vollständig abgebildet wird. Einer Arbeitsgruppe um Franke und Manjock ist es gelungen, eine verfeinerte Simulation durchzuführen. Konzentriert hat man sich dabei besonders auf die Verzahnungen zwischen dem Pitchsystem und dem Rotorblatt bzw. dem Antriebssystem für das Rotorblatt. „Dabei haben wir festgestellt“, so Manjock, „dass beim Einbeziehen des Pitchgetriebes und des Elektromotors in die Simulation die tatsächlichen Belastungen wesentlich höher sind als bisher angenommen.“ Außerdem wurde die im Kugellager und Motor auftretende mechanische Reibung einer eingehenden Analyse unterworfen. Da auch diese Reibung zusätzliche Belastungen verursacht, galt sie als möglicher Auslöser zusätzlicher Bauteilschädigung. Aber, so Manjock, dem sei nicht so: „Wir haben herausgefunden, dass die Reibung nicht der maßgebende schädigende Einfluss sein kann.“ Alles in allem prognostiziert Manjock, dass Germanischer Lloyd die Ansprüche an die Berechnungen von Pitchsystemen erhöhen wird. Nicht sofort, aber eine Revision der Anforderungen an diese Systeme sei mittelfristig geplant. ■ Weitere Informationen: Andreas Manjock Abteilung Lastannahmen Telefon: +49 40 36149-188 andreas.manjock@gl-group.com WEITERFÜHRENDE LITERATUR • „Richtlinie für die Zertifizierung von Windenergieanlagen“ des Germanischen Lloyd, Ausgabe 2003 mit Ergänzung 2004; hier insbesondere Kapitel 7 über „Maschinenbauliche Komponenten“. • „GH Bladed, Version 3.72”, Garrad Hassan and Partners • „Lastannahmen für die Auslegung elektromechanischer Pitchsysteme von Windenergieanlagen“ von Jan- Bernd Franke, Andreas Manjock, Herbert Hemker und Henry G. Osterholz. Potential Aufbruch in Amerika Die Erneuerbaren Energien hatten bislang keine Konjunktur in den USA. Diese gute Nachricht hat die Windenergiewirtschaft in den USA beflügelt. Steigende Erdgaspreise, Gesetze über saubere Luft und Sorgen um die globale Erwärmung fördern den aktuellen Boom der Windenergie in den Vereinigten Staaten. Mindestens 22 Staaten wollen die Luftverschmutzung bekämpfen, die Erderwärmung eindämmen und Elektrizitätskosten senken. Sie haben Gesetze über Maßstäbe zum Einsatz der erneuerbaren Energie erlassen, die die Versorgungsunternehmen verpflichten, Energien wie Wind, Sonne, Wasser oder Biomasse verstärkt zu verwenden. Auf der Konferenz „Windpower 2006“ hat das US-Energieministerium einen Aktionsplan angekündigt, der bis zu 20 Prozent des Bedarfs an Elektrizität durch saubere und erneuerbare Windenergie decken soll. Dies entspricht den Vorstellungen der Energieinitiative, die von der Regierung im Februar 2006 ins Leben gerufen wurde. Die Initiative koordiniert die Vorschläge von Umweltgruppen, Versorgungsunternehmen, Politikern, Investoren, Akademikern, Gemeinden und anderen Beteiligten. Auf der Konferenz „Windpower 2007“ in Los Angeles soll im Juni 2007 ein entsprechender Aktionsplan vorgestellt werden. ▶ Veraltete Windenergieanlagen gehören bald der Vergangenheit an. beaufort 6 2/2007 3
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