Innovationen als Kostenbremse

Um die Kosten für die Windenergie zu senken, werden Innovationen bei der Windkrafttechnik immer wichtiger. Was möglich ist, zeigt ein Kongress von Phoenix Contact.
Nach Quelle: E&M Powernews, 17. Januar 2017

Mit seinem grauen Haupthaar und dem gleichfarbigen Vollbart ähnelt Hermann Kestermann einem alten Seebär aus dem Bilderbuch. Mit der christlichen Seefahrt hat der studierte Elektroingenieur nichts am Hut, wahr ist aber, dass Kestermann ein alter Fahrensmann ist – und zwar in der Windindustrie. Da er seit über 30 Jahren für die SSB Wind Systems mit Stammsitz im emsländischen Salzbergen arbeitet, bringt ihn so schnell nichts aus der Ruhe: „Druck haben wir immer. Alle Windturbinenhersteller, die ich kenne, setzen auf Innovationen, zahlen will dafür aber keiner mehr.“

Die Emsländer fertigen mit den sogenannten Pitchsystemen zur automatischen Rotorblattverstellung Komponenten, die zu den sensibelsten und wichtigsten einer Windkraftanlage zählen. Die elektrischen Pitchsysteme sind entscheidend für den Energieertrag einer Windturbine, da sie die Rotorblätter je nach Windgeschwindigkeit und -richtung möglichst optimal in den Wind drehen. Außerdem werden die Pitchsysteme als Hauptbremse eingesetzt, wenn die Rotoren bei technischen Problemen oder zu hohen Windgeschwindigkeiten aus dem Wind gedreht und zur Vermeidung von Schäden zuverlässig gestoppt werden müssen.

Über 31 000 Pitchsysteme hat SSB Wind Systems bislang für Windturbinen an Land und auf See verkauft. Die Serienproduktion der nächsten Generation für Onshore-Anlagen im Leistungsbereich zwischen 3 und 4 MW ist vor wenigen Wochen angelaufen. „Wir haben dabei auch die Umrichterleistung im Vergleich zu den Vorgängermodellen des Antriebsreglers auf die neue Standardklasse angepasst, da die Hersteller mit immer größeren Rotordurchmessern auf den Markt kommen“, sagt Kestermann. Auch für den Offshore-Einsatz hat SSB Wind Systems längst eine leistungsstärkere Version an Pitchsystemen entwickelt, der Beginn der Serienfertigung ist absehbar.

Das übergeordnete Ziel dabei ist: Die Windenergie muss kostengünstiger werden. Genau deshalb hat die schwarz-rote Bundesregierung im Frühsommer 2016 mit der jüngsten EEG-Reform Ausschreibungen als neues Förderinstrument beschlossen. Den Zuschlag für einen Windpark erhalten nur noch die Investoren mit niedrigen Geboten. Das setzt die Windturbinenhersteller und ihre Zulieferer unter Druck. Was Kay Dahlke, Geschäftsführer der Umweltgerechte Kraftanlagen GmbH (UKA), einem der hierzulande führenden Windkraftprojektierer, per se nicht schlecht findet. „Wir setzen auf Preissenkungen der Hersteller, da die Kosten der Windturbinen in der Regel 70 bis 80 Prozent der Gesamtkosten eines Windparks ausmachen.“ Was nichts anderes heißt, als dass die Windschmieden den Druck an ihre Zulieferer mit der Vorgabe weitergeben, mit Innovationen für mehr Ertrag aus den Mühlen zu sorgen.

Daten aus der Windturbine werden immer wichtiger

Deshalb steht die Technik in einer Windkraft-Gondel derzeit ganz hoch im Kurs.
Um zu zeigen, was sich rund um die Antriebs- und Sicherheitssysteme, das Condition Monitoring und vor allem bei der Automatisierungs- und Regelungstechnik für Windturbinen derzeit alles tut, hatte Phoenix Contact zu einem „Technologie-Kongress“ eingeladen. Das Unternehmen aus dem lippischen Blomberg zählt mit seinen zahlreichen Systemen und Lösungen rund um Elektrotechnik, Elektronik und Automation in der Windbranche zu den führenden Anbietern. Bei diesem Portfolio liegt es nahe, dass Phoenix Contact bei ihren Entwicklungen einen besonderen Schwerpunkt auf den Datenfluss und die Datenübertragung legt. „Ein reibungsloser Zugriff auf alle Daten in einer Windturbine sind für deren effizienten und wirtschaftlich optimierten Einsatz unerlässlich“, betonte Ulrich Leidecker, der den Bereich Industry Management & Automation leitet, bei der Veranstaltung.

Dabei kommt es nicht nur auf die reinen Ertragsdaten an, wie das Beispiel Eologix Sensor Technology GmbH zeigt. Das Startup-Unternehmen aus dem österreichischen Graz, an dem Phoenix Contact über das eigene Venture Capital-Tochterunternehmen beteiligt ist, hat ein nachrüstbares, drahtloses Sensorsystem für die frühzeitige Eiserkennung an den Rotorblättern entwickelt. Was nicht nur hilft, längerfristige Produktionsausfälle zu vermeiden, sondern auch mögliche Gefahren durch Eiswurf zu verringern. Die Sensoren und die Empfangseinheit können ohne großen Aufwand auf die Blätter geklebt werden. Damit lässt sich nicht nur der Vereisungszustand der einzelnen Flügel genau messen, sondern auch die meist in den Blättern angebrachten Heizungslösungen besser überwachen und steuern.

Wer bei vereisten Rotorblättern beispielsweise an Kanada oder Skandinavien denkt, den kann Eologix-Mitbegründer und -Geschäftsführer Michael Moser eines Besseren belehren: „Von unseren ersten Systemen haben wir einige auch an Windturbinen in Deutschland installiert.“

Die Eologix-Sensoren gehören mittlerweile auch zum „Bauchladen“ von Carsten Schröder, der sich als Produktmanager bei Phoenix Contact unter anderem um das Retrofit älterer Windturbinen kümmert: „Viele Windmüller aus der Pioniergeneration setzen eher auf eine Laufzeitverlängerung ihrer Anlagen als sich auf die für sie unsicheren Ausschreibungen einzulassen. Dadurch entsteht für uns ein zusätzlicher Markt.“ Viele der hierzulande oft errichteten Windturbinen der 1,5-MW-Klasse kämen zunehmend in das „Retrofit-Zeitalter“.

Per App können ungewöhnliche Geräusche aufgezeichnet werden

Dabei ist es längst nicht mit dem Aufspielen neuer Software-Pakete getan, was in der Regel zu einem Mehrertrag zwischen zwei und vier Prozent führt. „Da wir wissen, dass ältere Komponenten mitunter schwer zu beschaffen sind, erarbeiten wir mit den Betreibern bei Steuerung, Regelung und Monitoring auch individuelle Lösungen“, so Schröder. Mit allen Neuerungen wollen die Betreiber nach seinen Erfahrungen die Kosten für ihre Anlagen senken.

Deswegen plädierte Bernd Höring auf dem „Technologie-Kongress“ für einen herstellerunabhängigen Analyseservice beim Condition Monitoring (CMS), das heißt für eine kontinuierliche Überwachung von wichtigen Komponenten im Maschinenhaus, die hilft, frühzeitig Schäden zu erkennen. „Auf dem Markt gibt es wenig unabhängige CMS-Servicedienstleister, weil fast alle auch gleichzeitig CMS-Zulieferer von Anlagenherstellern sind und auch für diese die Analysen vornehmen“, sagte der Geschäftsführer der 8.2 Monitoring GmbH mit Sitz in Hamburg.

Mit seinem Team hat er jüngst die App „VibraLyze Audio“ für Smartphones entwickelt, mit der die Erkennung möglicher Schäden noch früher möglich ist: „Außergewöhnliche Geräusche vom Antriebsstrang, die ein Serviceteam oder ein Betreiber mit seinem Smartphone aufzeichnet und uns über die App übermittelt, können wir in unserem Servicecenter dank der akustischen Signale mit der Anlagenkinematik abgleichen und so innerhalb von kürzester Zeit eine erste Diagnose zu möglichen Schäden am Hauptlager, Getriebe oder Generator geben“, erklärt Höring.

Die Analyse via App ersetze keine herkömmliche, professionelle Schwingungsmessung des Antriebsstranges, aber gebe „erste, wichtige Anhaltspunkte, ob der Anlagenbetreiber in Kürze mit größeren Schäden oder einem Ausfall rechnen muss beziehungsweise woher das außergewöhnliche Geräusch kommt.“ Die App, sagt Höring, sorge für schnelle Informationen und damit auch für mehr Sicherheit: „Wir können anhand der Analyse jetzt kurzfristiger reagieren und Entscheidungen für nachfolgende Maßnahmen treffen.“ Wohl ein Grund, dass sich die Nachfrage nach der auf der Hamburger Windmesse erstmals vorgestellten App gut entwickelt. Ein kleines Beispiel, das zeigt, dass die Technologie rund um die Windturbine gefragter denn je ist.

Autor: Ralf Köpke