Spezielle Ventilatoren können Leistung und Lebensdauer von Windkraftanlagen und ihren Komponenten erhöhen
Mehr Kühleffizienz durch bessere Materialeigenschaften
Ventilatoren sind in Windkraftanlagen an vielen Stellen erforderlich. Sie können durch effiziente Kühlung die Belastbarkeit der Anlagenkomponenten erhöhen. Ziehl-Abegg hat nun den Radialventilator »Cpro« vorgestellt: Er besteht aus dem neuen Verbundwerkstoff »ZAmid«, der eine spezielle Schaufelgeometrie ermöglicht.
Thomas Bader, Branchen-Manager bei Ziehl-Abegg, informiert über Anwendungen von und Trends bei Ventilatoren in Windkraftanlagen und erläutert die besonderen Eigenschaften des neuen Radialventilators und seines Verbundwerkstoffs.
Energie&Technik: An welchen Stellen in Windkraftanlagen sind Ventilatoren erforderlich, und welche Aufgaben erfüllen sie dort?
Thomas Bader: Der Einsatz von Ventilatoren in Windkraftanlagen ist sehr vielseitig. Sie kommen immer dann ins Spiel, wenn es darum geht, Luft zu bewegen, zu kühlen oder auch zu heizen. Anwendungen sind beispielsweise die Kühlung von Generator, Transformatoren und Schaltschrank, die Turmbelüftung oder auch die Flügelblattheizung.
Welche Arten von Ventilatoren eignen sich für welche Anwendungen in Windkraftanlagen besonders gut?
Die Auswahl der Ventilatorart, etwa radial oder axial, hängt von mehreren Faktoren ab. Ein Kriterium ist der Betriebspunkt, insbesondere die erforderliche Druckerhöhung des Ventilators. Oft spielt aber auch die Luftführung eine zentrale Rolle, wenn es darum geht, einen geeigneten Ventilator auszuwählen: Wie sind die Strömungsbedingungen, wie erfolgt das Ansaugen und wie die Abströmung?
Welche technischen Trends zeigen sich derzeit bei Ventilatoren in Windkraftanlagen?
Weil die Leistung der Windkraftanlagen kontinuierlich zunimmt, werden auch die verwendeten Komponenten immer stärker belastet. Dadurch steigt natürlich die Wärmelast in den Windkraftanlagen, und dementsprechend wachsen die Anforderungen an die Kühlung.
Ein anderer Aspekt ist, dass die maximale Belastbarkeit der Komponenten oft die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage begrenzt. Durch effiziente Kühlung lässt sich die Leistung entsprechend erhöhen. Eine immer größere Rolle spielt auch die Geräuschentwicklung, wenn die Anlagen näher an Wohngebiete rücken. Die Anforderungen an die Schalleistungspegel der Ventilatoren nehmen entsprechend zu.
Welche Rolle spielt die Geometrie der Ventilatorschaufeln für das Strömungsverhalten der Luft?
Die Geometrie der Laufschaufeln hat entscheidenden Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Effizienz eines Ventilators. Mittels intelligenter Simulationsprogramme und praktischer Messungen lassen sich während der Entwicklung die Schaufelgeometrie und die Strömungsverhältnisse für die jeweilige Strömungsaufgabe optimieren.
Welche Folgen hat dies für Anwendungen in Windkraftanlagen?
Durch optimale Strömungsbedingungen erhöht sich natürlich die Kühlleistung. Reduzierte Strömungsverluste bedeuten aber auch geringere Druckerhöhungen in der Anlage und vor allem geringere Schallleistungspegel der Ventilatoren. Wenn leistungsfähigere Ventilatoren zum Einsatz kommen, lässt sich entweder deren Baugröße oder deren Anzahl verringern. Dies wirkt sich natürlich positiv auf das Investitionsvolumen und damit die Rendite einer Windkraftanlage aus.
Welche Vorteile hat die dreidimensionale Geometrie der Laufschaufeln von Ventilatoren wie »Cpro ZAmid« generell und für Anwendungen in Windkraftanlagen?
Durch die Verwendung einer speziellen dreidimensionalen Schaufelgeometrie ließ sich der Wirkungsgrad des Laufrads nochmals steigern, was ebenfalls zu einer höheren Rendite führt. Weitere Vorteile sind die Reduzierung des Summen-Schallleistungspegels und eine deutliche Verringerung des Drehgeräuschs. Diese für das menschliche Ohr sehr unangenehmen tiefen Frequenzen lassen sich nur schwer dämpfen, so dass eine Abschwächung des Drehtons für das subjektive Geräuschempfinden sehr wichtig ist.
Wie setzt sich das Verbundmaterial »ZAmid« zusammen?
Der von Ziehl-Abegg eigens entwickelte Hochleistungs-Verbundwerkstoff »ZAmid« kombiniert die positiven Eigenschaften von Stahl und Kunststoff. Erst dadurch wurden die optimierte Schaufelform und die daraus resultierenden Vorteile des »Cpro« realisierbar. Zur Zusammensetzung im Einzelnen möchten wir keine Angaben machen.
Durch welche Eigenschaften unterscheidet sich »ZAmid« von anderen Verbundwerkstoffen und von Materialien wie Aluminium oder Stahl?
Der zu 100 Prozent rezyklierbare Verbundwerkstoff »ZAmid« lässt sich in einem Arbeitsgang in eine strömungsoptimierte, bionische Form bringen und weist somit keinerlei Schweißnähte oder kritische Verbindungen auf. Allein die so erzielte Laufradform bewirkt eine Wirkungsgradsteigerung und damit Energieeinsparung von bis zu 15 Prozent im Betrieb. Zudem sind die aus »ZAmid« hergestellten Laufräder durch die spezielle Schaufelgeometrie im Einsatz um bis zu 5 dB drehtonärmer (3 dB = physikalische Halbierung). »ZAmid« in Verbindung mit der Laufradgeometrie von »Cpro« ermöglicht Umfangsgeschwindigkeiten von 70 m/s - marktüblich sind 60 m/s -, die sonst nur ein Stahl-Laufrad erreicht. Wie ein vergleichbares Stahlrad eignet sich »Cpro« außerdem für Einsatztemperaturen von -20 bis +80 °C.
Welche Vorteile hat »ZAmid« gegenüber diesen Materialien generell und für Anwendungen in Windkraftanlagen?
Die Gewichtsreduzierung der Laufräder von mehr als 50 Prozent gegenüber gleichwertigen Stahl-Laufrädern bringt gleich mehrere Vorteile mit sich: Die Motorlager werden geschont, die Transportkosten sinken, und die Montage vor Ort wird einfacher. Gerade bei schwierigen Montagebedingungen in Windkraftanlagen erweist sich das geringere Gewicht der Laufräder als großer Vorteil. Auch die bereits angesprochene Geräuschreduzierung ist besonders bei Windkraftanlagen in der Nähe von Wohngebieten ein wichtiges Argument.
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