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Binnenlandanlagen

Turbinenbauer schöpfen Leistungsreserven aus: Lärmkur für Siemens-Schwachwindturbine

Die Fusion von Windturbinenhersteller Siemens-Wind mit seinem Konkurrenten Gamesa soll den neuen Weltmarktführer entstehen lassen, nicht zuletzt unterstützt durch die Entwicklung neuer Binnenlandanlagen. Eine leisere Anlage für den deutschen Markt ist dabei der erste Schritt – wobei auch die Konkurrenz nicht untätig bleibt.

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 - Für mehr Deutschland-Marktanteil: Siemens-Prototyp SWT-3.3MW-130 am dänischen Teststandort Hoevsoere. 
Foto: Siemens
Für mehr Deutschland-Marktanteil: Siemens-Prototyp SWT-3.3MW-130 am dänischen Teststandort Hoevsoere. Foto: Siemens
Foto: Siemens

Bei Schwachwind will Siemens künftig auch in Deutschland punkten. Hier gab es lange nichts zu holen, weil das Unternehmen keine Binnenlandtypen produzierte. Auf der Windmesse Wind Energy in Hamburg will es im September in diesem Bereich aber ein neues Modell präsentieren. Es wird auf der vor zwei Jahren vorgestellten Plattform getriebeloser Anlagen basieren, die 2014 auf der Wind Energy mit einer ersten Anlage für Standorte mittleren Windaufkommens eröffnet worden war. Die damals vorgestellte 3,3-Megawatt-Anlage mit 130 Meter Rotordurchmesser, so bestätigt Siemens auf Nachfragen, werde auf dieser Plattform durch eine spezielle Schwachwindversion für den deutschen Markt ergänzt.

104,9 statt 106 Dezibel

Nachlegen will Siemens auf derselben Plattform aber auch mit einer Deutschlandversion der schon existierenden SWT-3.3-130. Im vergangenen Herbst auf der kleineren Branchenmesse Husum hatte Siemens vom zwei Monate vorher errichteten Prototyp im dänischen Testfeld Høvsøre berichtet. Dieser dreht bei Volllast mit einem Schallleistungspegel von 106 Dezibel (dB(A)) auf 12,2 Rotorumdrehungen pro Minute. SWT-3.3-130 erhielt nun für die besonders strengen Lärmschutzvorgaben in Deutschland eine Schallkur, wie Siemens ERNEUERBARE ENERGIEN berichtet. Er soll Nennleistung künftig bei einem Schallleistungspegel von nur 104,9 Dezibel (dB(A)) erzeugen. Das ist gut ein dB(A) weniger als bisher geplant. Für Genehmigungen in Deutschland mit strengen Immissionsobergrenzen ist ein dB(A) bedeutend. So erreicht die Anlage etwa das Niveau der bisher geräuschärmsten Vergleichsanlagen.

Der Kniff ist eine geringere Rotordrehzahl. Dafür muten die Ingenieure dem Generator mehr Drehmoment zu, um die Nennlast zu schaffen. Ein neues Kühlsystem ertüchtigt den Generator dazu.

Entwickler heben Grenzmoment an - langsamere Rotordrehzahl

Die Validierung des Prototyps habe gezeigt, dass die Entwickler der deutschen „Low-Noise“-Variante (LN) das sogenannte Grenzmoment des Generators anheben können. Der Generator der neuen Anlagenplattform ist eine vergrößerte Variante des Generators aus der noch aktuellen Plattform für Getriebelose-Anlagen mit 3,0 Megawatt (MW) Leistung. Das Grenzmoment ist die Drehkraft, die eine Komponente wie der Generator nach Hinzunahme mindestens notwendiger Sicherheitsaufschläge gerade noch verkraften kann.

Das Kühlsystem muss aber das Mehr an Hitze wegschaffen, das durch die größere elektromagnetische Last in der Komponente entsteht. Der bisher hinten aufgesetzte Wasserkühler wird nun von einer zweiten Kühler-Generation abgelöst. Erledigte vorher ein Wärmetauscher den Job, setzt Siemens jetzt ein zweiteiliges Kühlsystem ein. Hinter dem Turm saugt es Frischluft an, die gefiltert und unter Überdruck in den Generator gepresst wird. Ein zweites, im Generator verbautes Kühlsystem erzeugt einen Unterdruck und presst die erwärmte Luft auf der anderen Seite des Generators aus der Gondel nach hinten wieder hinaus. Bei noch höheren Nennleistungen werde Siemens noch ein ergänzendes Kühlsystem hinzufügen, heißt es. Die im Vergleich zu Getriebeanlagen größeren Generatoren von Direktantriebsanlagen verlangen generell komplexere Kühlungskonzepte.

Reduzierter, leiserer Nachtmodus mit 80 Prozent Leistung

Für den Nachtbetrieb soll die neue Anlage zudem in einen reduzierten Leistungsmodus geschaltet werden können, um den Schallleistungspegel entsprechend den Behördenvorgaben auf maximal 99,9 dB(A) zu senken. Der Rotor wird dann durch die Steuerung regelmäßig auf eine kleinere Drehzahl begrenzt. Nach dieser Vorgabe wechseln auch Anlagen anderer Windturbinenhersteller in einen schallreduzierten Modus. Als unterschiedlich gilt aber die damit einhergehende Leistungsreduktion. Denn wenn der Rotor langsamer dreht, ohne dass sich das bei Volllast im normalen Anlagenbetrieb schon ausgelastete Drehmoment noch erhöhen lässt, sinkt auch die Erzeugungskraft. SWT-3.3-130 LN erreiche im schallreduzierten Modus noch 80 Prozent ihrer Leistung, teilt Siemens mit: demnach 2,64 MW.

Einen weiteren Vorteil will Siemens mit dem Low-Noise-Typ einfahren: Die reduzierte Drehzahl lasse den Betrieb der Anlage für höhere Luftturbulenzen zu. Mit ihr ließen sich daher Windparks dichter bestücken, wie es in Deutschland für die knapper werdenden offiziellen Windpark-Eignungsflächen von den Investoren nachgefragt wird. Turbulenzen gelten als belastend für die Komponenten einer Windturbine und entstehen im Nachlauf der drehenden Rotoren. Je dichter sie stehen, desto weniger haben sich diese Luftverwirbelungen aufgelöst, ehe sie auf den Rotor einer dahinter stehenden Windturbine treffen.

Leistungsplus-Modus bei geringeren Lärmschutzvorgaben

Für Mittelwind-Standorte im Ausland mit geringeren Lärmschutzvorgaben hat Siemens die SWT-3.3-130 hingegen mit einem „Power-Boost“ genannten Modus versehen. Mit diesem schöpft der Hersteller die mit dem Prototyptest in Dänemark ermittelten Kapazitätsreserven des Generators durch eine höhere Leistungsabnahme aus. So lässt er kurzzeitig oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit von sechs Meter pro Sekunde höhere Drehzahlen zu als ursprünglich vorgesehen, bei dann natürlich etwas höherem Schallpegel als laut Verkaufsprospekt vorgesehen. Die jährliche Erzeugung lasse sich damit um bis zu vier Prozent erhöhen, erklärt Siemens.

Siemens‘ technologische Offensive geht einher mit der jüngst unterzeichneten Verschmelzung mit dem spanischen Unternehmen Gamesa. Die am 17. Juni verkündete Fusion gibt Siemens 59 Prozent, Gamesa 41 Prozent der Anteile. Das neue Unternehmen vereinigt Jahresumsätze von über neun Milliarden Euro. Noch-Weltmarktführer Vestas setzte 2015 gut acht Milliarden um. Mit dem in Indien, Südamerika und China starken Gamesa will Siemens in Schwellenländern zulegen. Hier helfen besondere kleinere Schwachwindturbinen Gamesas.

Nordex: Option 9 Prozent höhere Nennleistung für Auslandstandorte

Nordex-Anlagen
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Nordex-Gruppe

Auch andere Turbinenhersteller arbeiten indes daran, aus ihren derzeit üblichen neuen 3,3-MW-Anlagenplattformen weitere Reserven sowie neue Anlagentypen herauszuholen. Windturbinenhersteller Nordex hatte seine Binnenlandanlage N131 mit zunächst 3,0 MW und um einen Meter größerem Rotordurchmesser verglichen mit der Siemensanlage bei einem Schallleistungspegel von 104,5 dB(A) auf Nennleistung gebracht. Ende 2013 kündigte Nordex die Anlage für die neue Technologie-Plattform Delta an. Zwei Jahre später, im September 2015 auf der Windmesse Husum, präsentierte Nordex eine 3,3-MW-Binnenlandversion der N131 – die ebenfalls im Niedrig-Schallmodus von maximal 104,5 dB(A) auf Höchsttour kommt.

Leise mit Serrations: gezackten Hinterkantenprofile

Am Mittwoch kündigte Nordex an, die Leistungsreserven der N131 und der für Mittelwindstandorte designten 3,3-MW-Anlage N117 für Projekte im Ausland mit weniger Lärmschutzvorgaben auszuschöpfen. Beide können künftig als 3,6-MW-Version bestellt werden. Während N117/3600 den bisherigen Schallleistungsgrenzwert von 105 dB(A) beibehält wird N131/3600 auf 106,4 dB(A) aufdrehen. Mit aufgeklebten gezackten Hinterkantenprofilen können sich die Kunden allerdings die Lärmwerte um jeweils 1,5 dB(A) reduzieren lassen, verspricht Nordex. Das Unternehmen kündigte an, die Erzeugungskosten der Anlagen bis 2018 um 18 Prozent zu senken.

(Tilman Weber)