Lebensversicherungen für Windkraftanlagen – WP-LFP & WP-R2

Wie Wöhrle Windkraftanlagen schützt
Das neueste USV-System von Wöhrle, bestehend aus der Lithiumbatterie WP-LFP und der modularen USV-Anlage WP-R2, stellt eine wegweisende Lösung dar. Die WP-LFP zeichnet sich besonders durch ihre Skalierbarkeit, hohe Energiedichte und ausgezeichnete Sicherheit aus. Die WP-R2 hingegen überzeugt durch ihren hohen Wirkungsgrad und ihre zuverlässige Verfügbarkeit. Zusammen bilden diese beiden Produkte das Wöhrle Power System, welches künftig dazu beitragen wird, Windkraftanlagen weltweit abzusichern.
Die Energiewende
Die Aufnahme eines globalen Ziels zur Verdreifachung der erneuerbaren Energien bis 2030 in den COP28-Text ist unter anderem für die Windkraft historisch. Dies stärkt die Zuversicht der Windindustrie für ihr Wachstum und ihre Rolle beim Erreichen des Ziels. GWEC Market Intelligence prognostiziert unter günstigen politischen Bedingungen weltweit einen Zuwachs von 791 GW an neuen Kapazitäten in den nächsten fünf Jahren (ca. 158 GW pro Jahr bis 2028). Fünf Säulen werden diesen Erfolg in den nächsten fünf Jahren unterstützen:
- Chinas hohe Energieziele:
Die chinesische Regierung plant, dass bis 2060 mehr als 80 % des Gesamtenergieverbrauchs aus nicht fossilen Energieträgern stammen sollen.1 - Europas Energiewende nach der Ukraine-Krise:
Europa beschleunigt den Ausbau der erneuerbaren Energien, um nach dem Einmarsch Russlands in der Ukraine die Energiesicherheit zu gewährleisten. - USA – Erneuerbare Energien durch IRA:
Die USA haben mit dem Inflation Reduction Act (IRA) die größte Investition in den Klimaschutz getätigt. Dadurch tragen sie im Zeitraum 2023-2032 dazu bei u.a. neue saubere Energie zu liefern, lokale Versorgungskette und Arbeitsplätze zu schaffen.
Funktionsweise moderner Windkraftanlagen
Moderne Windkraftanlagen arbeiten hauptsächlich nach dem Prinzip des Auftriebs. Dabei kommen aerodynamisch geformte Rotorblätter zum Einsatz, ähnlich denen, die auch im Flugzeugbau verwendet werden. Wenn der Wind auf die Blätter trifft, entsteht an der Vorderseite Druck, während auf der Rückseite ein Sog entsteht. Die Gondel, die den Rotor trägt, wird mithilfe von Stellmotoren optimal in den Wind ausgerichtet. Die Menge der erzeugten Energie hängt unter anderem von der Größe der von Luftströmen angeströmten Fläche ab, weshalb die Rotorblätter möglichst lang sind. Dementsprechend wachsen die Windräder immer mehr in die Höhe. Folglich sind Windräder mit einer Nabenhöhe von bis zu 170 m mittlerweile keine Seltenheit mehr. Jedoch sind diese großen Anlagen starken Kräften ausgesetzt, insbesondere bei Windstärken von 25 bis 30 m/Sek. Um Schäden zu vermeiden, werden die Rotorblätter beim Erreichen einer bestimmten maximalen Windgeschwindigkeit aus dem Wind gedreht. In dieser Position, bekannt als „Fahnenstellung“, bieten sie den geringsten Widerstand gegen den Wind, während sich der Rotor langsam dreht. Dieser Schutzmechanismus verhindert, dass die Rotationskräfte zu groß werden und die Windkraftanlage überlastet wird.
Nachführung mit Stellmotor
Die Stellmotoren in der Gondel spielen eine entscheidende Rolle, indem sie sowohl die Ausrichtung der Gondel sicherstellen als auch die Fahnenstellung
steuern. Diese Motoren sind wesentlich für die Leistung und Zuverlässigkeit der Windkraftanlage. Wenn es windstill ist, wird die Anlage über die
Mittelspannungsanbindung mit Strom versorgt. Im Falle eines Stromausfalls im Netz könnte das Windrad nicht reagieren und wäre den Naturgewalten ausgeliefert. Bei einem Netzausfall müssen die Rotorblätter automatisch in die Fahnenstellung übergehen, um eine potenzielle Situation zu vermeiden, bei welcher der Wind die Flügel seitlich anbläst, was zu unerwünscht hohen Kräften führen könnte. Um Schäden zu verhindern, gewährleistet das neue Wöhrle Power System, dass die Stellmotoren auch bei Netzausfall die Gondel kontinuierlich so ausrichten können, dass sie immer optimal im Wind steht. Dies bedeutet, dass der Wind stets von vorne auf die Anlage trifft. Auf diese Weise bieten die Flügel in Fahnenstellung den geringsten Luftwiderstand und die Anlage ist auch bei starken Stürmen geschützt.
Windräder sind extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt, unabhängig davon, ob sie an Land oder im Wasser installiert sind. Sie müssen Hitze, Feuchtigkeit und Kälte standhalten. Eine zuverlässige Stromversorgung ist daher von entscheidender Bedeutung und muss speziell auf die Bedürfnisse von Windrädern zugeschnitten sein. Die Wöhrle Stromversorgungssysteme GmbH ist seit Langem auf die Entwicklung und Herstellung von Stromversorgungslösungen für anspruchsvolle Industrieanwendungen spezialisiert. Sie produziert, Stromversorgungen für Gleichspannungs- und Wechselspannungssysteme nach höchsten Standards. Mit dem neuen Wöhrle Power System, bestehend aus der Lithiumbatterie WP-LFP und der USV WP-R2, bietet Wöhrle eine optimale Notfallstromversorgung für Windkraftanlagen an.
Höhere Leistungen verlangen erweiterte Risikoabsicherung
Mit dem stetigen Anstieg der Leistung und Größe von Windkraftanlagen, insbesondere bei Onshore-Anlagen, steigen auch die damit verbundenen Risiken. Betreiber müssen damit rechnen, dass es im Zeitraum von zehn Jahren zwei bis drei Situationen geben kann, die zum Verlust der Mittelspannungsversorgung führen. Das neue System von Wöhrle ist speziell für solche Fälle konzipiert. Es kann Stellmotoren und andere Lasten über Stunden hinweg versorgen und somit auch längere Ausfälle überbrücken. Darüber hinaus verfügt es über eine beträchtliche Leistungsreserve. Der Stromspeicher ist bereits nach etwa zwei Stunden wieder vollständig aufgeladen, was sich positiv auf die Verfügbarkeit der Notfallstromversorgung auswirkt.
Die unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage wird im Fuß des Masts platziert. Das Besondere an der kompakten Batterie WP-LFP ist ihre Nutzung von LFP-Zellen als Energiespeicher. Diese Eigenschaft führt zu äußerst kurzen Ladezyklen und macht die Lithiumtechnologie insgesamt zur sichersten Wahl. Zusätzlich zeichnen sich Lithiumbatterien durch ihre außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Temperaturschwankungen aus. Im Gegensatz zu früher verwendeten Bleibatterien, die bei 20 °C ihre
Nennkapazität erreichen und schnell an Kapazität verlieren, sind Lithiumbatterien wesentlich robuster. Gerade bei den begrenzten Platzverhältnissen im Fuß des Windrads bieten die kleineren Abmessungen der Lithiumbatterien einen erheblichen Vorteil.
Obwohl das Wöhrle USV-System, bestehend aus WP-LFP Lithiumbatterien und WP-R2 USV, beim Neubau mit einem Kran von oben in den Sockel gehoben wird, kann es durch die Montage in einem Standard-19-Zoll-Schrank auch zur Nachrüstung durch
die Tür im Fuß des Sockels eingebracht werden.
Für schlechtes Wetter ausgelegt
Darüber hinaus hat Wöhrle das Gesamtsystem für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen konzipiert. Es kann in einem Temperaturbereich von -40 bis +60 °C sowie bei Luftfeuchtigkeiten von bis zu 95 % und einer Höhe von 4000 m eingesetzt werden. Das System liefert standardmäßig 3 x 400 V, wobei die Außenleiter je nach Bedarf angepasst werden können. Für Steuerung und Überwachung bietet die WP-R2 eine Vielzahl von Schnittstellen an. Neben der grundsätzlichen Steuerung auf Zweidraht-Basis mit Relais verfügt die Notstromversorgung über eine Netzwerkschnittstelle. Ein eingebauter Webserver liefert über eine aussagekräftige GUI zahlreiche Betriebsdaten und kann auch weitere Systeme verwalten.
Quellen:
Abbildung 1: Prognose zu globalen Neuinstallationen von Erzeugungskapazität aus Windkraft
Lee, Joyce und Zhao, Feng. „GWEC | Global Wind Report 2024.“ GWEC, 2024, S. 151.
1 Lee, Joyce und Zhao, Feng. „GWEC | Global Wind Report 2024.“ GWEC, 2024, S. 15.