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03.05.2022

Im Aufwind

Moderne Windenergieanlagen sind äußerst effizient: Wird heute eine neue Anlage gebaut, produziert sie etwa 20-mal mehr Strom als solche, die vor 20 Jahren errichtet wurden.

Moderne Windenergieanlagen sind äußerst effizient: Wird heute eine neue Anlage gebaut, produziert sie etwa 20-mal mehr Strom als solche, die vor 20 Jahren errichtet wurden.

Die optimierte und automatisierte Leistungsregelung ist einer der Hauptgründe für diesen Effizienzgewinn. Für die Leistungsregelung kommen Positionsmesssysteme von Balluff weltweit zum Einsatz – so auch bei Shanghai Electrics, einem der größten Betreiber von Offshore-Windparks in China.

Warum sind heutige Windkraftanlagen so viel effizienter? Einen wichtigen Anteil an der Leistungssteigerung hat zusätzlich zur Größe der Anlagen auch die optimierte Leistungsregelung. Selbst bei geringem Wind laufen die Turbinen moderner Windkraftanlagen. Schwanken die Windgeschwindigkeiten stark, sorgt die moderne Steuerung dafür, dass der Generator möglichst gleichmäßig ausgelastet wird. Bei Sturm oder Orkanböen werden die Windturbinen zu ihrem eigenen Schutz herabgeregelt oder ganz zum Stillstand gebracht. Die Position der Rotorblätter spielt dabei eine zentrale Rolle, denn sie bestimmt, wie viel Kraft auf die Blätter wirkt – und letztendlich auch, wie schnell sich das Windrad dreht. Die optimale Position der Rotorblätter wird über die sogenannten „Pitch-Verstellung“ erreicht: Dabei wird der Ausstellwinkel des jeweiligen Rotorblattes verändert, was zu Abbremsung oder sogar zum Stopp führen kann. Moderne Anlagen verwenden zwei verschiedene Methoden der Leistungsregelung: die hydraulische und die elektrische Verstellung.

Die richtige Wahl

Auch Shanghai Electric – ein weltweit führender Hersteller von Energieerzeugungsausrüstungen und der dazugehörigen Infrastruktur aus China – stand vor der Wahl der passenden Technologie zur Leistungsregelung. „Als wir mit der Planung der Offshore-Windparks vor der Küste Chinas begannen, kamen für uns sowohl die hydraulische als auch die elektrische Verstellung in Frage“, erklärt Jun Miao, Vice President bei der Shanghai Electric Wind Power Group. Beide Ansätze haben ihre Vor- und Nachteile. Um das benötigte Drehmoment für heutige Anlagen bei elektrischer Pitch-Verstellung bereitzustellen, müssen entsprechend große Motoren eingesetzt werden.

Fällt einmal der Strom aus, sorgen Batterien dafür, dass die Turbine das Drehmoment für ihre Primäreinstellung erhält und wieder anlaufen kann. „Eine Batterie muss regelmäßig geladen oder ausgetauscht werden. Das führt zu zusätzlichen Wartungskosten und auch die Umweltverträglichkeit der Batterien steht in der Kritik“, erklärt Industriemanager Kris Xin von Balluff, der das Team rund um Cheng hinsichtlich der Auswahl der passenden Leistungsregelung beraten hat. „Die Hydraulik der Druckspeicher hat auch im Fall eines Stromausfalls ausreichend Leistungsreserve, um das Drehmoment zum Anfahren zu realisieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass hydraulische Mechanik prinzipiell gedämpft läuft und deshalb schonend für bewegliche Bauteile ist.“ Letztendlich überzeugten die Argumente für die hydraulische Pitch-Verstellung, denn sie ist wartungsarm und weist eine längere Laufzeit auf.

Als wir mit der Planung der Offshore-Windparks vor der Küste Chinas begannen, kamen für uns sowohl die hydraulische als auch die elektrische Verstellung in Frage.

Jun Miao, Vice President bei der Shanghai Electric Wind Power Group

China setzt auf Windkraft

Die Windenergie erlebt in China einen regelrechten Boom. 2020 wurden nach Angaben der chinesischen Energiebehörde Windkraftanlagen mit einer Gesamtkapazität von knapp 72 Gigawatt errichtetAuch international ist das Land in dieser Branche zur Weltspitze vorgedrungen. Shanghai Electric strebt an, Chinas größter Anbieter für Offshore-Windenergie zu werden.

Weltweit landet das Unternehmen unter den Top10. Seit 2018 unterstützt Balluff das Unternehmen bei der Realisierung von mehr als 50 Offshore-Windparks. Die für die Windturbinen benötigten Gondeln werden in Shanghai zusammengebaut und dann entlang der südöstlichen Küste Chinas montiert. Sobald alle Windparks fertig sind, sollen rund 3000 Windturbinen mit einer Gesamtleistung von rund 800.000 MW laufen.

Überzeugender Service

„Unser Ziel ist es, die gesamten Lebenszykluskosten von Offshore-Windparks effektiv zu reduzieren“, erklärt Zhengxuan Xuan, Leiter Steuerungssysteme bei Shanghai Electric den gesamten Energie-Bereich verantwortet. „Das ist nur zu erreichen, wenn alle Komponenten extrem zuverlässig sind und ausfallsicher funktionieren.“ Die Kombination aus dem sehr guten Kundenservice, der Erfahrung im Bereich der industriellen Automation und dem Branchenwissen für Offshore-Windparks überzeugten das Unternehmen, sich für eine Zusammenarbeit mit Balluff zu entscheiden.

Die fachmännische Beratung half uns dabei, uns für eine hydraulische Pitching-Lösung zu entscheiden, das macht Balluff für uns zu einem idealen Partner.

Yuan Cheng, Entwicklungsleiter bei Shanghai Electric

Lange Lebensdauer

Bisher wurden insgesamt rund 1000 Windturbinen mit jeweils drei magnetostriktiven Positionsmesssystemen (BTL) ausgestattet. Diese überwachen den Neigungswinkel der Rotorblätter. Das System ist speziell für den Einsatz in Hydraulikzylindern entwickelt, denn durch das platzsparende Gehäusedesign des Elektronikkopfes kann dieser direkt im Zylinder integriert werden.

Die Lösung ist durch ihr berührungsloses Funktionsprinzip verschleißfrei und hat eine lange Lebensdauer. „Balluff liefert nicht nur einzelne Komponenten, sondern unterstütze uns auch bei der Lösungsfindung“, sagt Yuan Cheng, Entwicklungsleiter bei Shanghai Electric. „Die fachmännische Beratung half uns dabei, uns für eine hydraulische Pitching-Lösung zu entscheiden, das macht Balluff für uns zu einem idealen Partner.“