Enercon E-115 3.000

Die ENERCON Windenergieanlage E-115 ist eine direktgetriebene Windenergieanlage mit Dreiblattrotor, aktiver Blattverstellung (Pitchregelung), drehzahlvariabler Betriebsweise und einer Nennleistung von 3000 kW. Sie hat einen Rotordurchmesser von 115,71 m und ist in Nabenhöhen von 92,05 m bis 149,08 m lieferbar.

ENERCON Windenergieanlagen zeichnen sich u. a. durch folgende Merkmale aus:

Getriebelos

Das Antriebssystem der E-115 besteht nur aus wenigen drehenden Bauteilen. Die Rotornabe und der Rotor des Ringgenerators sind ohne Getriebe als feste Einheit direkt miteinander verbunden. Dadurch verringert sich die mechanische Belastung und die technische Lebensdauer wird erhöht. Der Wartungs- und Serviceaufwand wird verringert (u. a. weniger Verschleißteile, kein Getriebeölwechsel) und die Betriebskosten sinken. Da das Getriebe und andere schnelldrehende Teile entfallen, werden die Energieverluste zwischen Rotor und Generator und die Geräuschemissionen drastisch verringert.

Aktive Blattverstellung

Die drei Rotorblätter sind jeweils mit einer Blattverstelleinheit ausgerüstet. Jede Blattverstelleinheit besteht aus einem elektrischen Antrieb, Steuerung und zugeordneter Notversorgung. Die Blattverstelleinheiten begrenzen die Drehzahl des Rotors und die dem Wind entnommene Leistung. Somit wird die maximale Leistung der E-115, auch kurzfristig, exakt auf Nennleistung begrenzt. Durch Verstellen der Rotorblätter in Fahnenstellung wird der Rotor gestoppt, ohne dass der Antriebsstrang durch den Einsatz einer mechanischen Bremse belastet wird.

Indirekte Netzkopplung

Die vom Ringgenerator erzeugte Leistung wird über das ENERCON Netzeinspeisesystem in das Verteil- oder Transportnetz eingespeist. Das ENERCON Netzeinspeisesystem, bestehend aus Gleichrichter, Gleichspannungszwischenkreis und modularem Wechselrichtersystem, gewährleistet maximalen Energieertrag bei hoher Netzverträglichkeit. Die elektrischen Eigenschaften des Ringgenerators sind damit für das Verhalten der Windenergieanlage am Verteil- oder Transportnetz unerheblich. Je nach Windgeschwindigkeit dürfen Drehzahl, Erregung, Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz des Ringgenerators variieren. Somit kann die im Wind enthaltene Energie auch im Teillastbereich immer optimal genutzt werden.

Rotorblätter

Die geteilten Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (Glasfaser + Epoxidharz) haben wesentlichen Einfluss auf den Ertrag der Windenergieanlage, sowie auf ihre Geräuschemission. Form und Profil der E-115-Rotorblätter wurden gemäß den folgenden Vorgaben entwickelt:

■ hoher Leistungsbeiwert

■ lange Lebensdauer

■ geringe Geräuschemissionen

■ niedrige mechanische Lasten

■ effizienter Materialeinsatz

Als Besonderheit ist die bis zur Gondel durchgezogene Profilierung der Rotorblätter hervorzuheben. Innere Umströmungsverluste wie bei konventionellen Rotorblättern werden damit vermieden. In Verbindung mit der strömungsgünstigen Gondelgeometrie erfolgt eine deutlich optimierte Ausnutzung des Windangebots. Die Rotorblätter der E-115 sind speziell für den Betrieb mit variabler Blattverstellung und variabler Drehzahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf PU-Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UV-Strahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest und zähhart. Die drei Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteuerte Blattverstelleinheiten verstellt. Der eingestellte Blattwinkel wird über je eine Blattwinkelmessung ständig überprüft und die drei Blattwinkel miteinander synchronisiert. Dies ermöglicht eine schnelle und präzise Einstellung der Blattwinkel entsprechend den vorherrschenden Windverhältnissen.

Ringgenerator

In ENERCON Windenergieanlagen (WEAs) kommt ein hochpoliger, fremderregter Synchrongenerator (Ringgenerator) zum Einsatz. Zur optimalen Ausnutzung des Windenergiepotentials bei allen Windgeschwindigkeiten arbeitet die WEA mit variabler Drehzahl. Dadurch produziert der Ringgenerator Wechselstrom mit schwankender Spannung, Frequenz und Amplitude. Die Wicklungen im Stator des Ringgenerators bilden 2 voneinander unabhängige 3 Phasen Wechselstromsysteme. Diese beiden Systeme werden in der Gondel getrennt voneinander gleichgerichtet, in der DC-Verteilung zusammengeführt und anschließend von den Wechselrichtern im Turmfuß wieder in Drehstrom mit netzkonformer Spannung, Frequenz und Phasenlage umgerichtet. Demzufolge ist der Ringgenerator nicht direkt mit dem aufnehmenden Stromnetz des Energieversorgungsunternehmens (EVU) verbunden, sondern durch den Vollumrichter vom Netz entkoppelt.

Turm

Der Turm der Windenergieanlage E-115 ist ein Betonturm aus Fertigteilen. Als Turmhöhen sind 133 m und 147 m verfügbar. Alle Türme werden bereits im Werk mit dem fertigen Anstrich bzw. Witterungs- und Korrosionsschutz versehen, so dass nach der Montage, außer der Ausbesserung von Fehlstellen und eventuellen Transportschäden, keine weiteren diesbezüglichen Arbeiten anfallen. Standardmäßig wird der Außenanstrich im unteren Bereich farblich abgestuft (die Farbabstufung kann optional weggelassen werden). Der Betonturm wird am Aufstellort aus den Betonfertigteilen zusammengesetzt. Die Segmente werden in der Regel trocken aufeinandergestellt, es kann aber auch eine Mörtelausgleichsschicht aufgetragen werden. Die Verbindung der vertikalen Fugen ist eine Schraubverbindung. In vertikaler Richtung wird der Turm durch Spannglieder aus Spannstahl vorgespannt. Die Spannglieder verlaufen vertikal durch Kanäle in den Betonelementen. Sie sind im Fundament verankert. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen besteht der obere schlanke Teil des Betonturms bei der E-115 aus Stahl. Es ist z. B. nicht möglich, das Azimutlager direkt auf den Betonelementen zu montieren und die erheblich geringere Wandstärke des Stahlteils sorgt für mehr Platz im Turm.

Netzeinspeisesystem

Der Ringgenerator ist über das ENERCON Netzeinspeisesystem mit dem Netz gekoppelt. Dieses System besteht im Wesentlichen aus Gleichrichter, Gleichspannungszwischenkreis und mehreren modularen Wechselrichtern.

Das Netzeinspeisesystem wird – ebenso wie die Generatorerregung und die Blattverstellung – von dem Betriebsführungssystem mit den Zielen maximaler Energieertrag und hohe Netzverträglichkeit angesteuert. Durch die Entkopplung von Ringgenerator und Netz kann die gewonnene Leistung optimal übertragen werden. Abrupte Änderungen der Windgeschwindigkeit wirken sich als kontrollierte Änderung der eingespeisten Leistung auf der Netzseite aus. Analog wirken sich eventuelle Störungen im elektrischen Netz praktisch nicht auf die mechanische Seite der WEA aus. Die eingespeiste elektrische Leistung der E-115 kann von 0 kW bis 3000 kW exakt geregelt werden. Im Allgemeinen werden die Merkmale, die eine bestimmte Windenergieanlage bzw. ein bestimmter Windpark hinsichtlich des Anschlusses an das aufnehmende Stromnetz aufweisen muss, vom Betreiber des Stromnetzes vorgegeben. Um unterschiedliche Forderungen erfüllen zu können, sind ENERCON Windenergieanlagen in verschiedenen Konfigurationen lieferbar. Das Wechselrichtersystem im Turmfuß wird je nach Anlagenkonfiguration ausgelegt. In der Regel wandelt ein Transformator die Niederspannung, unmittelbar in oder an der Windenergieanlage, von 400 V in die gewünschte Mittelspannung um.

@ Auszüge aus der technischen Beschreibung D0268058-4 / DA

Geschrieben von Lucas Bauer