Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007 HTBLuVA Wiener Neustadt

1. Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007HTBLuVA Wiener Neustadt DI Christof Flucher Vestas Österreich GmbH

2. -Vestas als Anlagenhersteller-Windenergieanlagen von Vestas-Antriebskonzepte und Netzeinspeisung

3. Vestas Geschichte - Meilensteine 1898: Das Jahr, als alles begann. Der Schmied H. S. Hansen eröffnete seine erste Werkstatt in Lem, Dänemark. 1979: Erste Windener-gieanlage auf dem Markt 1998: Börsennotierung an der Kopenhagener Börse 1898 1945 1979 1987 1998 2004 1945: VEstjysk STålteknik A/S wird gegründet (Haushalts- und Land-wirtschaftsmaschinen etc.) 2004: Zusammenschluss von NEG Micon A/S und Vestas Wind Systems A/S 1987: Vestas Wind Systems A/S wird gegründet

4. Produk- tion und Tests Vertrieb Planung Service Wartung Forschung und Ent- wicklung Trans- port Instal- lation VESTAS - Hauptaktivitäten Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Marketing und Wartung von Anlagen, die mit Windenergie Strom erzeugen

5. USA Norwegen Dänemark Griechenland China Australien Deutschland Windenergieanlagen in über 50 Märkten

6. Development of Vestas turbines

7. Steigerung des Energieertrages mit größerer Rotorfläche *hub height

8. Anlagen Modelle (Serienprod. 2006) • Kilowatt -Klasse • V52-850 kW • Megawattklasse 1.5 MW • V82-1.65 MW • Megawattklasse 2.0 MW • V80-1.8 MW • V80-2.0 MW • V90-1.8 MW • V90-2.0 MW • Megawattklasse 3.0 MW • V90-3.0 MW V80-2.0 MW, Germany

9. Installierte Vestas Turbinen-nach Modellen

10. Niederlassungen global

11. Maschinenhausproduktion Maschinenteile • Dänemark Nabengussteile, etc. • Norwegen • Schweden • Deutschland Generatoren • Deutschland • (China) Montage • Australien • Dänemark • Indien • Italien • Schottland • Spanien • (China)

12. Rotorblattproduktion • Dänemark • England • Italien • Deutschland • Australien • China • USA • Spanien

13. Turmproduktion • Dänemark • Schottland

14. Steuerungsproduktion • Dänemark • Spanien

15. Transport per LKW

16. Transport per Zug

17. Transport per Schiff

18. Warum Offshore? Vorteile • bessere Windverhältnisse • geringere Turbulenzen • viele große unerschlossene Gebiete • keine „physikalischen Grenzen” in Bezug auf Größe und Gewicht • Es gibt keine Menschen in der Umgebung, die sich belästigt fühlen Nachteile • Installation und Wartung sind komplizierter und kostenintensiver V80-2,0 MW, England

19. Entwicklung der jährlichen kumulierten installierten Leistung

20. Weltmarkt Anteile 2005 Source: BTM Consult ApS

21. Einführung in die Technik einer Windenergieanlage

22. Inhaltsverzeichnis • Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert • Grundelemente einer WEA • Antriebskonzepte, Anlagenregelung, Stromeinspeisung und Stromaufbereitung

23. Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert • Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse. Schon dadurch werden Winde erzeugt. • Durch die Sonneneinstrahlung wird die Erde unterschiedlich erhitzt. Warme Luft strömt vom Äquator zu den Polen.

24. Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert Die Luft erwärmt sich schneller über dem Land als über dem Meer. Warme Luft steigt auf und kühlt sich hoch im Himmel wieder ab. Über dem Meer drückt die abgekühlte Luft die Luft darunter gegen das Land - Wind

25. Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert • Preise für fossile Energieträger steigen • Dagegen wird die Technik der WEA effizienter • Windenergie - eine saubere Energienutzung • Größere Unabhängigkeit von Ölimporten (Ölpreis – Ölförderung)

26. Grundelemente einer WEA

27. Grundelemente einer WEA Gondel Rotor Turm Trafo Fundament

28. Grundelemente einer WEA Das Herzstück der Windenergieanlage:

29. Grundelemente einer WEA Nabe mit hydraulischer Blattverstellung Anemometer Getriebe Trans-formator Rotor Hauptwelle Schnelle Welle Generator

30. Maschinenhaus der V90-3,0 MW Maschinen- haus Getriebe Rotor Nabe Transformator Turm Generator

31. Leistungsbegrenzung und Antriebskonzepte

32. Art der LeistungsbegrenzungSTALL-EFFEKT • Leistungsbegrenzung durch Strömungsabriss (Stall) • Die Stall-Regelung ist die einfachste und das älteste Regelungssystem

33. Art der LeistungsbegrenzungPITCH-EFFEKT • Leistungsbegrenzung durch Verdrehung der Rotorblätter (Pitch) • Die Regelung der Leistung ist bei pitch-geregelten Windkraftanlagen durch das Verdrehen der Rotorblätter gewährleistet.

34. Entwicklung der Leistungsbegrenzng

35. Antriebskonzeptze netzparalleler WKA • Die wichtigsten Konzepte netzeinspeisender WKA sind folgende: • ältestes Konzept: Stall, Asynchronmaschine (dänisches Konzept) • Eine verbesserte Variante des dänischen Konzepts ist die Verwendung des Asynchrongenerators mit Schlupfregelung • indirekte Netzeinspeisung mit Synchrongenerator über Umrichter • Indirekte Netzeinspeisung mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator

36. Dänisches Konzept (Stall-Anlage mit ASM-Kurzschlußläufer)

37. Asynchrongenerator mit Schlupfregelung • Hier wird der Rotor durch eine Blattverstellung geregelt und arbeitet in einem begrenzten Bereich drehzahlvariabel. Der Asynchrongenerator kann durch eine Schlupferhöhung bei Böen oder starkem „drehzahlweich“ rotieren, um Belastungen für die Struktur stark zu reduzieren. Hierbei kann die Böe in eine Drehzahl- und damit in eine Schlupferhöhung umgesetzt werden, welche dann durch eine Blattwinkelverstellung der Rotorblätter aufgefangen wird. Die dabei entstehende Verlustleistung wird als Wärme an die Umgebung abgegeben und kann nicht als Energieertrag genutzt werden.

38. Drehzahlvariable Anlage mit Synchrongenerator

39. Drehzahlvariable WKA mit doppelt-gespeistem Asynchrongenerator

40. Marktanteil der Antriebskonzepte

41. Stromproduktion einer WKA • Generatoren • Der Generator ist ein Energiewandler und wandelt die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um. Bauarten heutzutage: Für Windgeneratoren gibt es im wesentlichen zwei unterschiedliche Bauarten: • SYNCHRONGENERATOR • ASYNCHRONGENERATOR Asynchrongeneratoren (und besonders die doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren) werden in der Windindustrie sehr häufig verwendet.

42. Strom, Spannung, Transformation Windkraftanlagen produzieren 3-Phasen-Wechselstrom wie jedes elektrische Kraftwerk. Die Spannung hängt von der Leistungsklasse der Windkraftanlage ab: • 400 V bei kleinen Anlagen (bis max. 600 kW) • 690 V bei sehr großen Anlagen (0,5 bis 2,5 MW) • 1000 V bei sehr großen Anlagen (z.B. bei der V90-3.0 MW)

43. (Frequenz)Umrichter • Generatoren wandeln die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um. Konzepte mit Starrer Drehzahl sind mit Asynchrongeneratoren ausgestattet und können ins Netz direkt einspeisen: ein Umrichter ist bei diesem Konzept nicht nötig. • Heute wird jedoch die große Mehrheit der Windkraftanlagen mit variabler Rotordrehzahl betrieben. Hierfür ist ein Umrichter nötig. • Abb: Schema eines Umrichters

44. Spannungsanpassung Diese Spannung wird mit einem Transformator auf 20-110 kV hochtransformiert, in Abhängigkeit von der lokalen Netzspannung. Der Transformator kann sich in der Gondel, im Turm oder in einer Trafostation neben der Anlage befinden. Bei den großen Vestas-Anlagen ist er in der Gondel situiert. Die Mehrheit der errichteten Anlagen ist mit frequenzvariablen Generatoren ausgerüstet. Dieser Strom wird dann mit Hilfe eines Umrichters an die gewünschte angepasst (50 Hz in Europa, 60 Hz in Amerika).

45. Die Windkraftanlage V90-2.0 MW • Beschreibung • Grundriß im Turmfuß • Blitzschutz- und Erdungskonzept • Übersichtsschaltbild • Generatordaten • VMP-Controller • Mittelspannungsanschluß • Netzüberwachung

46. Diskussion

47. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit