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WID-WHITEPAPER Die Grenzen des Wachstums sind noch nicht erreicht

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Gemeinsames Papier der deutschen Windenergieforscher Von der Garagen-Werkstatt zum Weltmarkt – in der Vergangenheit hat die Windenergie alle ihr vorhergesagten Wachstumsgrenzen überschritten. Der Blick zurück zeigt: Jetzt steht die Branche vor neuen technischen Herausforderungen. Der Fokus gerade auch der Forschung wird in den nächsten Jahren auf Netzverträglichkeit und genauerer Ressourcenabschätzung liegen.

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WiD WHITEPAPER | Grenzen des Wachstums 8 Erzeugungsanlage unabhängig vom Leistungsfaktor der elektrischen Maschine eingestellt werden kann. Auf diese Weise können Anforderungen der Netzbetreiber an Blindleistungseinspeisung bzw. Bereitstellung von Regelleistung befriedigt werden. Die heutigen und zukünftigen Anforderungen an die dezentral einspeisenden Stromerzeuger bezüglich der so genannten Netz-Systemdienstleistung machen die Einspeisung über Stromrichter geradezu unumgänglich. Es hat sich allerdings bisher kein drehzahlvariables Konzept als „technisch eindeutig überlegen“ herausgestellt [Polinder2013]. Im Wirkungsgrad unterscheiden sich die drehzahlvariablen Systeme sogar nur wenig (~2 Prozentpunkte) vom drehzahlstarren System der 80er Jahre [Gasch2007]. Die Entwicklung der Stromrichtertechnologie war die Voraussetzung für den variablen Einsatz der Windenergieanlagen zur Stützung des Netzes. Um diese Variabilität komplett nutzen zu können, müssen aber auch neue Regelungskonzepte entwickelt werden. Windenergieanlagen müssen zukünftig z. B. dem Wind nicht mehr jederzeit die maximale Leistung entziehen. Vielmehr werden sie womöglich etwas gedrosselt arbeiten, um im Falle ansteigender Netzauslastung schnell ihre Leistungsabgabe erhöhen zu können. Entsprechende – ggf. vorausschauende – Regelalgorithmen werden zurzeit schon untersucht. Guter Service garantiert hohe Zuverlässigkeit Die Leistungsfähigkeit der WEA hat sich sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht erheblich verbessert. Analysen früherer Forschungsvorhaben [Faulstich2009-1] zeigen aber, dass diesem Erfolg eine abnehmende Zuverlässigkeit moderner WEA und ihrer Bauteile gegenüber steht. Dass moderne WEA an Land in der Regel dennoch eine Verfügbarkeit von 95% bis 99% [Faulstich2009-2] erreichen, ist mit zahlreichen Serviceeinsätzen und entsprechenden Kosten verbunden. Hier muss, gerade für die zukünftige Windenergienutzung auf See, deutlich nachgebessert werden. Ein Vergleich auf hohem Aggregationslevel zeigt, dass eine WEA im Durchschnitt ca. ein bis zwei ungeplante Störungen pro Jahr erfährt und dass in mehreren Auswertungen dieselben Komponenten durch hohe Ausfallhäufigkeiten bzw. lange Stillstandzeiten auffallen. Die Datensammlung des WMEP ermöglichte die Ermittlung der Ausfallhäufigkeit unterschiedlicher Baugruppen für die drei wesentlichen technischen Konzepte (Abbildung 4). Insgesamt kann für die neueren und komplexeren Konzepte ein deutlicher Trend in Richtung höherer Ausfallraten beobachtet werden. Diese älteren auf einer großen Datenbasis beruhenden Ergebnisse decken sich durchaus mit aktuellen Beobachtungen, die von Fachleuten zu neueren Anlagen diskutiert werden. Eine gesicherte Erkenntnis zur Fehlerhäufigkeit neuerer Anlagen existiert allerdings nicht.

WiD WHITEPAPER | Grenzen des Wachstums 9 Bild 4: Ausfallraten von Anlagenkomponenten für verschiedene Anlagenkonzepte 1 0,8 EINFACHES DÄNISCHES KONZEPT ERWEITERTES DÄNISCHES KONZEPT STANDARD VARIABLE DREHZAHL 0,6 0,4 0,2 0 TRIEBSTRANG TRAGENDE TEILE GENERATOR GETRIEBE BLÄTTER MECHANISCHE BREMSE NABE WINDRICHTUNGSNACHFÜH. HYDRAULIK SENSOREN REGELUNGSEINHEIT ELEKTRIK Um die Verfügbarkeit der Anlagen zu erhöhen werden Condition-Monitoring Systeme (CMS) eingesetzt, die den Zustand einer Komponente erfassen, etwa durch die Messung von Temperaturen, Drücken oder Frequenzen. Anhand dieser Daten können Störungen erkannt und zum Teil auch deren Ursachen identifiziert werden. CMS-Systeme werden schon seit Jahren für Getriebe und Lager eingesetzt, heute aber auch unter dem Begriff Structural Health Monitoring (SHM) für Strukturkomponenten wie Rotorblätter und Turm angeboten und entwickelt. Neben diesen zustandsorientierten Ansätzen werden auch Erkenntnisse über das statistische Ausfallverhalten von Komponenten gesammelt und für eine zuverlässigkeitsorientierte, vorbeugende Instandhaltungsstrategie genutzt. Die Vereinbarung für einheitliche Bezeichnungssysteme für Komponenten, Ereignisse und Instandhaltungsmaßnahmen durch das Reference Designation System for Power Plants (RDS-PP), Zustands-Ereignis-Ursachen-Schlüssel (ZEUS) und das Globale Service Protokoll (GSP) haben die Basis für eine unternehmensübergreifende Nutzbarkeit von Betriebs- und Instandhaltungsdaten geschaffen.

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