USV für erneuerbare Energien

Lebensversicherung für Windräder

25. Januar 2022, 10:26 Uhr | Engelbert Hopf

Um den steigenden Energiebedarf CO2-neutral zu decken, entstehen immer mehr Windkraftanlagen. Fallen sie aus, können hohe Schäden entstehen. Wöhrle bietet mit dem USV-System Wisus-48 nun ein Produktan, das Windkraftanlagen vor durch Wind und Wetter verursachten Stromausfällen schützt.

Damit die Energiewende gelingt, benötigt es eine möglichst große Vielzahl an erneuerbaren Energiequellen. Windkraft ist ein wichtiger Baustein in diesem Energiemix. Inzwischen liefern sehr große Windräder an günstigen Standorten bis zu 15 MW Leistung. Der Durchschnitt liegt mittlerweile bei 5 bis 6 MW. Mit einer Nennleistung von 6 MW lassen sich theoretisch etwa 3500 Haushalte mit Strom versorgen. Ein modernes Windrad produziert gut 10.000 MWh pro Jahr. 2020 erzeugten 31.000 Windenergieanlagen in Deutschland rund 134 TWh Strom. Dies entspricht einem Anteil von rund 23,7 Prozent an der gesamten Bruttostromerzeugung. Mit einer installierten Leistung von rund 62 GW war Deutschland 2019 damit nach China und den USA weltweit auf Platz 3.

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Funktionsweise moderner Windkraftanlagen

Moderne Windkraftanlagen arbeiten überwiegend nach dem Auftriebsprinzip. Dabei kommen aerodynamisch geformte Rotorblätter zum Einsatz, wie sie auch im Flugzeugbau Verwendung finden. Der Wind erzeugt Druck an der Vorder- und einen Sog an der Unterseite der Blätter. Die Gondel mit dem Rotor wird über Stellmotoren optimal zum Wind ausgerichtet. Wie viel Energie sich aus dem Wind generieren lässt, hängt unter anderem von der Größe der Fläche ab, die der Luftstrom anweht. Die Rotorblätter sind daher möglichst lang. In Folge wachsen die Windräder immer mehr in die Höhe – 120 bis 160 Meter sind keine Seltenheit mehr.

Diese großen Anlagen sind jedoch ab Windstärken von 25 bis 30 Metern in der Sekunde großen Kräften ausgesetzt. Um Schäden an der Windkraftanlage zu vermeiden, werden die Rotorblätter bei Überschreitung einer maximalen Windstärke, der Abschaltgeschwindigkeit, aus dem Wind gedreht. Sie stehen dann in der sogenannten Fahnenstellung, in der sie den geringsten Windwiderstand bilden. Der Rotor dreht sich dann langsam im Wind. Dieser Schutzmechanismus verhindert, dass die Rotationskräfte zu groß werden, sodass das Windrad ihnen nicht mehr standhalten kann.

Nachführung mit Stellmotoren

Stellmotoren in der Gondel sorgen für die Nachführung, sowohl um die Gondel auszurichten als auch um die Fahnenstellung anzusteuern. Für die Leistung und Verfügbarkeit des Windrades kommt den Motoren eine entscheidende Bedeutung zu. Weht nicht genügend Wind, versorgt sich die Windkraftanlage selbst nicht mit genügend Strom. Die Anlage wird dann über die Mittelspannungsanbindung mit Strom versorgt. Doch bei einem starken Sturm können die Überlandleitungen beschädigt werden oder es kommt aus anderen Gründen zu einem Stromausfall im Netz. Dann wäre das Windrad reaktionsunfähig und damit wehrlos etwa einem Orkan ausgeliefert.
Bei könnte die Situation entstehen, dass der Wind die Flügel nicht von vorne, sondern von der Seite anweht. Hierbei können unzulässig hohe Kräfte entstehen.

Um Schäden zu vermeiden, sorgt die Wisus-48 von Wöhrle Stromversorgungssysteme dafür, dass die Stellmotoren auch bei Netzausfall in der Lage sind, die Gondel immer so auszurichten, dass sie „im Wind steht“. Damit weht der Wind immer von vorn auf die Anlage, die Flügel, die in Fahnenstellung stehen, bilden den geringsten Windwiderstand und die Anlage ist so auch bei starken Stürmen geschützt.

Ein Windrad ist den Wetterelementen in besonderem Maß ausgesetzt, egal ob der Standort zu Wasser oder an Land gewählt wird. Es herrschen Extrembedingungen bei Hitze, Feuchtigkeit und Kälte. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung muss daher spezifisch auf den Einsatzbereich in einem Windrad zugeschnitten sein.