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Windkraft
Hart am Wind

Der zurzeit weltgrösste Windpark Alpha Ventus in der Nordsee umfasst 12 Windkraftanlagen mit einer Leistung von je 5 Megawatt.

Das Meer stellt eine besondere Herausforderung für die Menschheit dar. Dies zeigt sich zum Beispiel beim Bau von Offshore-Windkraftanlagen.

Von Adrian Zurbriggen
am 28.04.2011

Die Windkraft gewinnt als Energiequelle zunehmend an Bedeutung. Die weltweite Erzeugungskapazität ist zwischen 1995 und 2008 von 4,8 auf 158 Gigawatt gestiegen und wird noch weiter steigen. Die Windkraft hat sich eindeutig aus ihrem experimentellen Nischendasein herausgelöst und leistet mittlerweile einen wichtigen Beitrag zur Energiebilanz der Länder, die in die Windkraft investiert haben. Obwohl die Kosten pro Megawatt und das Risiko neuer Anlagen durch grössenbedingte Vorteile und wachsendes Know-how immer weiter gesunken sind, ist Kosteneffizienz noch immer ein wichtiges Ziel. Daraus ergibt sich ein Trend zu immer grösseren, leistungsstärkeren Anlagen. Da der Wind auf See stärker und häufiger weht, nimmt das Interesse an Offshore-Windparks weiter zu.

Rotoren so hoch wie Cheopspyramide

Ihre Realisierung ist allerdings mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Diese reichen von Schwierigkeiten bei der Installation und Verankerung der Anlagen bei rauer See über die langfristige Sicherstellung ihrer Funktion trotz starker Winde, hoher Wellen und einer hohen Luftfeuchtigkeit bis hin zur schweren Erreichbarkeit der Anlagen für Reparaturen und Wartungsarbeiten.

Der Windpark Alpha Ventus befindet sich 45 Kilometer nördlich der Insel Borkum in der Nordsee. Die Versuchsanlage ist ein Gemeinschaftsprojekt der Stromversorger E.ON Climate & Renewables, EWE und Vattenfall Europe, und die dort gewonnenen Erfahrungen sollen in zukünftige Offshore-Projekte einfliessen. Alpha Ventus umfasst 12 Windkraftanlagen mit einer Leistung von je 5 Megawatt. In der ersten Bauphase wurden sechs Anlagen von Multibrid auf einer Fläche von 4 Quadratkilometer in einer netzförmigen Anordnung mit einem Abstand von je 800 m installiert. In der zweiten Bauphase wurde der Windpark um sechs Anlagen von RePower erweitert.

Die Anlagen von Alpha Ventus sind die derzeit grössten in einem Windpark installierten Windkraftanlagen der Welt. Die Naben der Rotoren befinden sich auf einer Höhe von 90 Meter über dem Meer, das an dieser Stelle etwa 30 Meter tief ist. Die Scheitelhöhe der Rotoren ist mit 148 Meter 1 Meter höher als die Cheopspyramide. In jedem Turm sind etwa 1000 Tonnen Stahl verbaut, was dem Gewicht von 200 ausgewachsenen Elefanten entspricht. Die Blattspitzen umkreisen eine vertikale Fläche von 1 Hektare – eine Fläche so gross wie der Trafalgar Square in London. Dabei erreichen sie mit bis zu 324 Stundenkilometer die Geschwindigkeit eines Formel-1-Rennwagens.

Kompakte Umrichter für Netzanschluss

Windkraftanlagen werden heute mehrheitlich drehzahlvariabel ausgelegt, da rein physikalisch für jede Windgeschwindigkeit eine optimale Rotordrehzahl existiert. Eine variable Rotor- und damit Generatordrehzahl bedingt aber den Einsatz eines Umrichters, damit der generierte Strom an die Frequenz des Netzes angepasst werden kann. Bei Windkraftanlagen im Megawatt-Bereich rechtfertigt die mit der Variabilität gewonnene höhere Effizienz den Mehraufwand, der mit der Leistungselektronik verbunden ist.

Die Generatoren für die Windkraftanlagen wurden von ABB bereitgestellt. Dabei handelt es sich um Permanentmagnet-Synchronmaschinen, ein Konzept, das eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet, was aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit der Anlagen von entscheidender Bedeutung ist. Neben den Generatoren lieferte ABB auch Frequenzumrichter für die Anbindung der Generatoren an das Stromnetz. Diese Umrichter sind so kompakt, dass sie auf nur einer Plattform im Turm untergebracht werden können. Der Transformator, die Schaltanlagen, die Leittechnik und verschiedene Hilfssysteme des Windparks sind auf einer separaten Plattform untergebracht.

Die Inbetriebnahme der Anlagen der ersten Bauphase erfolgte 2009. Seit Ende August 2009 speist der Windpark Strom ins Netz, und die Ausrüstung arbeitet seitdem einwandfrei, unterstützt durch Fernzugriff und Diagnosewerkzeuge. Bis jetzt musste kein ABB-Techniker zum Windpark zurückkehren, da die Generatoren und Frequenzumrichter den Herausforderungen des rauen Betriebsklimas problemlos standhalten.
 

Adrian Zurbriggen, Leiter Umrichter für Windenergie-Anlagen, ABB Schweiz, Baden.

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