Stadtwindanlage Uffenheim Aktuelle Daten zum städtischen Windkraftwerk

17.10.2018 13:47
Stadtwindanlage
kW
Windrichtung
°
Windgeschwindigkeit
m/s
Pitch
°
Rotor Geschwindigkeit
rpm
Drehung der Gondel
°

Daten der Stadtwindanlage Uffenheim

Hersteller:Vestas Wind Systems
Typ:V 112
Leistung:3,0 Megawatt
Gesamthöhe:196 Meter
Nabenhöhe:140 Meter
Rotordurchmesser:112 Meter

Die Stadtwindanlage Uffenheim V112-3.0 MW gibt mit ihren 54,6 Meter langen Rotorblättern eine maximale Stromleistung von 3.000 Kilowatt ab. Die Windkraftanlage kann ihre Höchstleistung ab einer Windgeschwindigkeit von 10 Metern in der Sekunde entfalten. Im Nennbetrieb dreht sich die Stadtwindanlage mit ca. 12,8 Umdrehungen in der Minute (rpm). Somit wird eine Blattspitzengeschwindigkeit von 270 Stundenkilometer oder 75 Meter pro Sekunde erreicht. Sie verfügt über eine Steuerung, eine Windnachführung, ein Blattverstellsystem sowie einen Triebstrang.

Drehung der Gondel in Bezug zur Autobahn A7 (hier von unten nach oben in Richtung Würzburg)

Über die Drehung der Gondel (siehe symbolhafte Darstellung oben) wird eine bestmögliche Windkraftausnutzung erreicht, wenn die Nabenachse in Windrichtung zeigt. Eine automatische Nachführung positioniert die Gondel in die erforderliche Stellung. Windrichtungssensoren auf der Gondel geben das Signal zur Nachführung an die Stellmotoren weiter.

Windgeschwindigkeit und Drehrichtung der Rotorblätter

Die Stadtwindanlage überträgt ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s die Leistung des Windes über Rotorblätter in eine Drehbewegung der Rotornabe. Alle Windräder drehen sich im Uhrzeigersinn. Ein Getriebe wandelt die geringe Nabendrehzahl und das hohe Drehmoment in eine höhere Nabendrehzahl und in ein kleines Drehmoment um. Der Stromgenerator rotiert in dem vorliegenden Fall mit einer Drehzahl von 568 Umdrehungen pro Minute.

Leistungsregelung

Die drei Rotorblätter können um ihre Längsachse gedreht werden (Pitch-Regelung), um die Stromerzeugungsleistung zu beeinflussen. Geregelte Pitchzylinder verstellen den Anstellwinkel der Rotorblätter, um die gewünschte Leistung zu erhalten. Ändert sich beispielsweise die Windgeschwindigkeit, kann durch Drehung der Rotorblätter das Optimum an Leistungsgewinn sichergestellt werden.

Pitch

Der Pitch (Einstellwinkel) ist der Winkel zwischen der Profilsehne und der durch die Drehung des Rotorblattes erzeugten Anströmung. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten wird das Blatt mit Hilfe eines Motors in voller Breite gegen die Windströmung gestellt (siehe Angabe Pitch: ca. -2°), während sich bei hohen Windgeschwindigkeiten das Blatt mehr in die Windrichtung dreht (siehe Angabe Pitch: ca. +30°).

Gewusst wie So funktioniert ein Windrad!

Getriebe: Es dient der Erhöhung der Drehzahl. Damit lässt sich der angeschlossene Generator bei gleicher Leistungsumsetzung verkleinern.

Bremse: Am Antriebsstrang angebrachte Scheibenbremse (vergleichbar mit KFZ) um Stillstand zu erreichen bzw. Toleranzen bei Schwankungen des Windes zu einzuhalten. Wir beispielsweise eingesetzt um ein Überdrehen des Rotors bei Generatorausfall zu verhindern und die Welle für Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen zu fixieren. Dient neben der Blattverstellung als zusätzliche Bremseinrichtung im Windkraftanlagenbau zwei voneinander unabhängige Bremssysteme vorgeschrieben sind.

Messinstrumente: Messinstrumente sind für die Regelung, Prognose und Verwaltung der Windkraftanlage notwendig. Dazu werden beispielsweise Windrichtung, Windgeschwindigkeit sowie Drehzahl und Leistung der Anlage erfasst. Zudem lassen sich beispielsweise durch Schwingungssensoren Aussagen über den Anlagenzustand treffen. Ändert sich das Schwingungsverhalten der Anlage kann sich beispielsweise ein Bauteilversagen ankündigen oder bereits eingetreten sein.

Generator: Ein Generator dient der Umwandlung von mechanischer Energie in für den Endverbraucher vielseitig nutzbare elektrische Energie (analog zu Fahrraddynamo)

Rotornabe: Die Nabe ist Teil des Rotors selbst und dient als Verbindungselement zwischen den einzelnen Rotorblättern sowie der angeschlossen Welle. Zudem sind in der Nabe selbst Verstellmöglichkeiten der einzelnen Rotorblätter zur Regelung der Anlage installiert. Sie ist ein zentrales Element und muss dabei hohen Belastungen standhalten.

Gondel/Maschinenhaus: Das Maschinenhaus dient der Unterbringung wichtiger Komponenten einer Windkraftanlage wie beispielsweise dem Antriebsstrang, Getriebe, Generator, Regelung und Elektronik. Diese werden so vor witterungsbedingten Einflüssen geschützt. Das Maschinenhaus ist zudem 360° drehbar gelagert. Damit lässt sich die Anlage über Stellmotoren optimal zur Windrichtung ausrichten.

Blattverstellung: Der Einsatz von Blattverstellungsmöglichkeiten hat verschiedene Gründe: Zum einen kann so eine optimale Ausrichtung der einzelnen Rotorblätter realisiert werden. Somit soll ein Maximum der Windenergie ausgeschöpft und die Anlagenleistung realisiert werden. Zum anderen kann das notwendige Bremsmoment nicht allein über eine Scheibenbremse dauerhaft bereitgestellt werden. Daher wird über die Profilverstellung eine Bremswirkung erzielt und die Anlage kann gezielt abgefahren werden.

Aufstieg: Der Aufstieg dient dem Zugang zum Maschinenhaus für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten. Bei größeren Anlagen kommt anstelle einer Leiter ein mechanischer Aufzug zum Einsatz.

Turm: Der Turm ist das Verbindungselement zwischen Gondel/ Maschinenhaus und dem Fundament. Dieser wird in der Regel als Stahlrohr ausgeführt und muss neben dem Gewicht des Maschinenhauses auch den dynamischen Belastungen durch Windlast und den damit verbundenen Schwankungen standhalten.

Fundament: Um die Standsicherheit der Windkraftanlage zu gewährleisten, muss ein tragfester Untergrund geschaffen werden. Dazu wird bei Windkraftanlagen an Land ein Bodenaushub mit Bewehrung versehen und mit Beton verfüllt. Daran schließen die ersten Segmente des Turms an.

Elektrische Leistung der Stadtwindanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit

Datenquelle: Vestas Wind Systems 2013

Begehung des Windanlagenstandorts und Stromnetzuntersuchung

Messung der Windgeschwindigkeit am Boden mit einem Schalenkreuzanemometer

Wissenswertes rund um Windkraft

  • Rotorfläche: Die Fläche des Rotors der Uffenheimer Stadtwindanlage entspricht in etwa der eines Fußballfeldes!
  • Die Geschwindigkeit am Rotorblattende erreicht Werte von 320 km/h! Das entspricht der Höchstgeschwindigkeit eines ICE.
  • Energetische Amortisation: Eine Windkraftanlage produziert im Lauf seines Betriebs ein Vielfaches der Energie die zur dessen Herstellung benötigt wird. Bereits nach weniger als einem Jahr hat sich eine Anlage komplett energetisch amortisiert!
  • Das längste je gebaute Rotorblatt misst stattliche 88,4 m. Zum Vergleich: Die Spannweite des A380 beträgt 80 m bei einer Flugzeuglänge von 73 m.
  • Die installierte Leistung von Windkraftanlagen beträgt mehr als 50.000 MW. Dies entspricht ungefähr der Leistung von 50 Atomkraftwerkblöcken und liegt im Bereich der erneuerbaren Energien vor Photovoltaik (ca 43.000 MW).