Windkraft
Die Steuerung macht's
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Welchen Nutzen bringt es, die Rotorblätter von Windkraftanlagen mittels Steuerungstechnik nach dem Wind auszurichten?
Dr. Khachatouri (Bachmann): Windkraftanlagen sind für eine bestimmte Windstärke-Klasse ausgelegt. Sie sind so dimensioniert, dass sie ab einer bestimmten Windstärke (etwa 12 m/s) ihre maximale Rotordrehzahl und Leistung bringen. Bei geringeren Windstärken wird die Rotordrehzahl so geregelt, dass die Turbine den optimalen Wirkungsgrad erreicht. Bei größeren Windstärken wird mit Hilfe der Rotorblattverstellung die Drehzahl begrenzt, um die Rotorflügel und den Generator vor Zerstörung zu schützen.
Bei der aktiven Stall-Regelung wird die Anströmkante des Rotorblatts durch dessen Verstellung aus dem Wind gedreht, so dass die Strömung abreißt. Dies führt zu einer Leistungsbegrenzung.
Bei der Pitch-Regelung wird die Anströmkante des Rotorblatts durch dessen Verstellung in den Wind gedreht, was den Auftrieb verändert und so die Leistung regelt. Die Pitch-Regelung dient, meist durch eine dynamische Sollwertaufschaltung, auch zur Verringerung der mechanischen Belastung und zur Dämpfung der Strukturschwingungen des Systems.
Eder (B&R): Bei der Pitch-Regelung, einer zentralen Aufgabe, geht es nicht isoliert um einen einzelnen Aspekt. Die große Herausforderung ist es, den gesamten Prozess möglichst optimal zu beherrschen. Hierzu ist es wichtig, theoretische Modelle und praktische Erfahrungen einfließen zu lassen und kontinuierlich den Gesamtprozess zu optimieren. Je besser das ganze System funktioniert und kooperiert, desto effizienter wird die Anlage. Gleichzeitig lassen sich so auch die Belastungen reduzieren, so dass die Anlagen leiser und langlebiger werden. Es geht also nicht darum, die Produktivität um den Preis höherer Belastung zu steigern, was die Verfügbarkeit der Anlage beeinträchtigen würde.
Momentan erkennt die Regelungstechnik Störgrößen, die von Turbulenzen herrühren, nur sehr gedämpft und mit großer Verzögerung an der Drehzahländerung im Antriebsstrang. Jeder, der schon einmal in einem Flugzeug in Turbulenzen geraten ist, hat eine Vorstellung, mit welcher Energie und Dynamik diese Strömungsänderungen auf eine Tragfläche wirken. Hier hat die Regelungstechnik also noch große Potentiale, die Anlagen effizienter zu machen und die Materialbelastung zu reduzieren. Um die Potentiale auszuschöpfen, bedarf es einer interdisziplinären Zusammenarbeit von Mechanik, Steuerungstechnik und Sensorik.
Kordtomeikel (Beckhoff): Die Steuerungstechnik soll ein Optimum bezüglich Windenergieertrag und Lastenreduzierung erreichen. Bei Windgeschwindigkeiten unterhalb der Nennleistung soll natürlich soviel Ertrag wie möglich erwirtschaftet werden. Sobald die Nennleistung erreicht ist, werden die Blätter so ausgerichtet, dass bei möglichst geringer Last der Maschine die Nennleistung gehalten wird.
- Die Steuerung macht's
- Wie sind Steuerungssysteme in Windkraftanlagen aufgebaut?
- Worin unterscheiden sich die Steuerungssysteme für Windkraftanlagen hard- und softwaretechnisch von denen für andere Anwendungen?
- Welchen Nutzen bringt es, die Rotorblätter von Windkraftanlagen mittels Steuerungstechnik nach dem Wind auszurichten?
- Über welche Bussysteme werden die Daten und Steuerungsbefehle übertragen?
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