Optimale Ausrichtung am Wind

Magnetisch codierter Maßkörper

Bild 02: Magnetisch codierter Maßkörper mit Sensorkopf (Quelle: Balluff)

Der Anteil Erneuerbarer Energien im Jahr 2020 an der gesamten Bruttostromerzeugung (564 Mrd. kWh) betrug mit 252 Mrd. kWh knapp 45 %. Davon stammen rund 42 % (105 Mrd. kWh) aus Onshore-Windenergieanlagen [2]. Doch aktuell stockt der Ausbau: Neue Windpark-Standorte sind rar, geforderte Mindestabstände zur Bebauung häufig nicht umsetzbar, die Ablehnung in der Bevölkerung nimmt zu. Klassische Windenergieanlagen wurden in der Vergangenheit immer größer, Turmhöhen von nahezu 200 m und Rotordurchmesser von 150 m sind keine Ausnahmen.

Die Idee der vertikalen Ausrichtung der Windturbine wie bei Vertical Sky ist nicht neu. Allerdings schieden frühere Konzepte für P. Richter aus, weil bei diesen die Fliehkräfte und der Materialverschleiß zu hoch und der Wirkungsgrad zu gering waren. Dies ist bei der nun gefundenen Lösung mit den drei vertikal ausgerichteten Rotorblättern, die sich nicht nur um ihre eigene Achse, sondern gemeinsam wie ein Karussell drehen, nicht der Fall. Um den Wind effizient für die Energiegewinnung zu nutzen, muss das Rotorblatt stets optimal im Wind stehen. Wären die Blätter fest montiert, würde sich der Kranz bei höheren Windgeschwindigkeiten zwar drehen, allerdings wäre die Energieausbeute nicht optimal. „Die anspruchsvolle Aufgabe bestand darin, eine Lösung zu finden, welche die drei Lamellen in jeder Position auf ihrer Reise um die Zentralachse stets optimal in den Wind stellt“, erläutert P. Richter. „Bei der umgesetzten zuverlässigen Pitch-Lösung spielen Balluff-Komponenten eine wichtige Rolle. Als technisch versierter und innovativer Lösungsanbieter im industriellen Umfeld ist uns Balluff [3] seit Langem ein Begriff.“

Grundlage bildet das magnetcodierte Wegmesssystem BML von Balluff (Bild 2), das in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Windrichtung mithilfe leistungsfähiger Sensorik eine hochdynamische Verstellung der Blätter mittels Stellmotoren in Echtzeit gewährleistet. Dabei werden die Rotorblätter quasi nonstop mit bis zu 4 000 Messungen pro Sekunde gepitched. Für das Balluff-Team um Produktmanager Harald Weiser war das eine Herausforderung, die gemeinsam mit den Ingenieuren von Agile Wind Power gelöst wurde: Der permanente berührungslose Vergleich der Soll-Ist-Werte erfolgt über ein absolut codiertes Magnetband, das auf die Drehachse aufgezogen ist. „Die aktive, kontinuierliche Blattverstellung ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad selbst bei niedrigen Drehzahlen des Rotors (Bild 4). Der Anstellwinkel zur Windrichtung ist daher jederzeit optimal. Da die Geräuschentwicklung in der fünften Potenz mit der Windgeschwindigkeit einhergeht, führt das im Vergleich zu gewöhnlichen Anlagen zu einer beträchtlichen Reduktion der Schallleistung“, so P. Richter.

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