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einzeln steuerbar. Das Blatt kann um seine Längsachse verstellt werden. Bei Sturm werden die Blätter so eingestellt, dass der Wind wirkungslos daran vorbei weht, indem die Vorderkante des Rotorblattes in die Anströmung gedreht wird. 1 Wärmetauscher 2 Schaltschrank 2 3 Schaltschrank 1 4 Hydraulikaggregat 5 Getriebe 6 Rotorwelle 7 Rotorlager 8 Azimutantrieb 9 Getriebeölkühler 10 Rotorbre
s der Wind wirkungslos daran vorbei weht, indem die Vorderkante des
Rotorblattes in die Anströmung gedreht wird. 1 Wärmetauscher 2 Schaltschrank 2 3Landratsamt Schweinfurt
rnisfeuer und die gleichzeitige Gondelbefeuerung eine Leuchtstärke von jeweils 10 cd im horizontalen Strahlbereich (-10° bis +10° auf der Breitseite, -60° bis +60° auf der Schmalseite des Rotorblattes ). In der „Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen“ ist es unter Punkt 16 aufgeführt und in Anhang 2 spezifiziert. Wie aus Recherchen bekannt wurde, i
bis +10° auf der Breitseite, -60° bis +60° auf der Schmalseite des
Rotorblattes). In der „Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zur Kennzeichnung von LSamtgemeinde Thedinghausen
unterkritischen ReBereich der Reynoldszahlen < 0,6 • 106 und hat damit einem hohen Strömungswiderstand. Gleitzahl E Bei der aerodynamischen Gestaltung wirken an dem Tragflügelprofil des Rotorblattes in Richtung der Anströmung eine Widerstandskraft W und eine Komponente senkrecht zur Anströmung, die Auftriebskraft A. Das Zusammenwirken von Auftrieb zu Widerstand wird durch die Gleitza
i der aerodynamischen Gestaltung wirken an dem Tragflügelprofil des
Rotorblattes in Richtung der Anströmung eine Widerstandskraft W und eine KomponeDEWI Magazin Nr. 28, 02/2006
r den Widerstandsbeiwert cw die Abhängigkeit von der Reynoldszahl Re zu berücksichtigen. Im unterkritischenRe-Bereich, d.h. für ReZahlen < 0,6 • 106 ergeben sich bei guter Aerodynamik des Rotorblattes Gleitzahlen E zwischen 30 und 80. Im überkritischen Reynoldsbereich, d.h. für Re-Zahlen > 0,6 • 106 sinkt der Widerstandsbeiwert cw. Damit verbessert sich die Gleitzahl E deutlich, die We
.h. für ReZahlen < 0,6 • 106 ergeben sich bei guter Aerodynamik des
Rotorblattes Gleitzahlen E zwischen 30 und 80. Im überkritischen ReynoldsbereichDEWI Magazin Nr. 28, 02/2006
tand, wurden Modelle für die aerodynamische Optimierung erstellt. Insgesamt wurden sieben Profile für Windkanaluntersuchungen gebaut. Parallel wurde ein numerisches 3D-Modell des gesamten Rotorblattes erstellt. Die ersten Windkanalmessungen zeigten sehr gute Werte, was eine Grund-Modifikation der Profilgeometrie unnötig machte. Es wurde daher beschlossen, mittels aerodynamischer Hilfsm
ungen gebaut. Parallel wurde ein numerisches 3D-Modell des gesamten
Rotorblattes erstellt. Die ersten Windkanalmessungen zeigten sehr gute Werte, waDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
blattaußenbereich wiederum bietet das größte Potenzial für eine akustische Optimierung. Zur besseren Determination der Auswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (z.B. Spoiler oder Grenzschichtzäune)
uswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des
Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die SimulationDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
g. Zur besseren Determination der Auswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (z.B. Spoiler oder Grenzschichtzäune) – werden erneut CFD-Simulationen notwendig sein, da hier die Windkanalmessungen nich
en hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des
Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (zDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
rmessung ................................................................................................................16 Arbeitspaket 1a – Vermessung des Ist-Zustandes des ausgewählten Rotorblattes ..................16 Geometrische Vermessung der fünf Profilschnitte und Modellbau .................................................17 Vermessung des aerodynamischen Ist-Zustandes im Wind
.16 Arbeitspaket 1a – Vermessung des Ist-Zustandes des ausgewählten
Rotorblattes ..................16 Geometrische Vermessung der fünf ProfilschnittDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ZSCHICHTZÄUNEN 79 ABBILDUNG 52: DRUCK- UND STRÖMUNGSVERHÄLTNISSE AUF DER SAUGSEITE BEI EINSATZ VON GURNEY-FLAPS UND GRENZSCHICHTZÄUNEN 80 ABBILDUNG 53: ENTZERRTE ANSICHT DES MODIFIZIERTEN ROTORBLATTES 80 ABBILDUNG 54: MESSERGEBNISSE DER PROFILPOLAREN DES ORIGINALBLATTES AN S1 80 ABBILDUNG 55: DEFINITION DER PROFILPOLAREN DES ORIGINALBLATTES AN S1 IN DER SIMULATIONSUMGEBUNG 81 ABBILDUNG
ZSCHICHTZÄUNEN 80 ABBILDUNG 53: ENTZERRTE ANSICHT DES MODIFIZIERTEN
ROTORBLATTES 80 ABBILDUNG 54: MESSERGEBNISSE DER PROFILPOLAREN DES ORIGINALBLATTDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
en sowohl Windkanalmodelle von fünf Profilschnitten als auch dreidimensionale Computermodelle erstellt. Im Folgenden wurde durch Windkanalmessungen und CFD-Simulationen der IstZustand des Rotorblattes mit seinen Leistungswerten vermessen. Anschließend wurde in einer Kombination aus Windkanalmessungen und CFD-Simulationen Modifikationsmaßnahmen entwickelt. Erste Tests im Windkanal und i
de durch Windkanalmessungen und CFD-Simulationen der IstZustand des
Rotorblattes mit seinen Leistungswerten vermessen. Anschließend wurde in einer KDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
t aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbessern lassen und wenn ja, in welcher Form dies geschehen kann. Es soll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes Profil eines Rotorblattes erarbeitet werden, das höhere Erträge ermöglicht. Bei Erfolg dieser innovativen Vorgehensweise ist eine große Nachfrage nach den Projektergebnissen zu erwarten. Das Projekt nimmt demnach
oll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes Profil eines
Rotorblattes erarbeitet werden, das höhere Erträge ermöglicht. Bei Erfolg dieserDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nicht in Frage kommen. Die Strömungssimulation zeigt, dass durch eine Verbesserung der Umströmung an der Rotorblattwurzel und die daraus resultierende Wirkung auf die Strömung am Rest des Rotorblattes Leistungssteigerungen im Bereich von über 10% möglich sind. Da es sich dabei nur um theoretische Simulationen handelt, wird weiterhin davon ausgegangen, dass durch die im Projekt angestre
l und die daraus resultierende Wirkung auf die Strömung am Rest des
Rotorblattes Leistungssteigerungen im Bereich von über 10% möglich sind. Da es sDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
zur Erfassung der Geometriedaten mittels eines eigens konstruierten Lasermesssystems. - Herstellung von Windkanalmodellen und aerodynamische Vermessung des Ist-Zustandes eines gebrauchten Rotorblattes im Windkanal der Deutschen WindGuard Engineering GmbH in Bremerhaven - Akustische Vermessung der Modelle im Windkanal in Bremerhaven zur Aufnahme des IstZustandes. - Fertigung spezieller
n und aerodynamische Vermessung des Ist-Zustandes eines gebrauchten
Rotorblattes im Windkanal der Deutschen WindGuard Engineering GmbH in BremerhaveDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ungen anfertigen zu lassen. Der Modellmaßstab beträgt ca. 1: 3,8 an der dicksten Stelle des Blattes und 1:1 im äußeren Bereich. Die Rotorblattwurzel selbst, also der zylindrische Teil des Rotorblattes , wurde nicht als Modell nachgebildet. Die Modelle sollten im Großwindkanal der Deutschen WindGuard Engineering vermessen werden, um so den Ist-Zustand in Bezug auf die aerodynamischen Eig
ereich. Die Rotorblattwurzel selbst, also der zylindrische Teil des
Rotorblattes, wurde nicht als Modell nachgebildet. Die Modelle sollten im GroßwiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ls Modell nachgebildet. Die Modelle sollten im Großwindkanal der Deutschen WindGuard Engineering vermessen werden, um so den Ist-Zustand in Bezug auf die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes aufzunehmen. Dieses Vorgehen war notwendig, da die Hersteller der Rotorblätter die Konstruktionsdaten der Blätter nicht offen legen. Zusätzlich zur Vermessung der Profile im Windkanal in
den Ist-Zustand in Bezug auf die aerodynamischen Eigenschaften des
Rotorblattes aufzunehmen. Dieses Vorgehen war notwendig, da die Hersteller der RDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Reynolds-Zahlen vermessen, um die angewandte Methode und das Korrekturverfahren für die Maßstabsveränderung zu validieren. Arbeitspaket 1a – Vermessung des Ist-Zustandes des ausgewählten Rotorblattes Wie weiter oben beschrieben wurde zunächst ein gängiges Blatt für die Vermessung ausgesucht. Ausgewählt wurde das Modell 37.3p der Firma LM (s. Abbildung 15). Diese Modell ist beispielswe
en. Arbeitspaket 1a – Vermessung des Ist-Zustandes des ausgewählten
Rotorblattes Wie weiter oben beschrieben wurde zunächst ein gängiges Blatt für dDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ar, war das Verfahren sehr zeitaufwendig. Dies wurde im Original-Zeitplan nicht berücksichtigt. Hierdurch kam es zu einigen Verzögerungen im Projektablauf. Die geometrische Vermessung des Rotorblattes wurde somit aber möglich. Ursprünglich war im Projekt auch vorgesehen, die Strukturdaten des Rotorblattes mit in die Untersuchungen einfließen zu lassen. Es wurde damals auch als Möglichk
gen Verzögerungen im Projektablauf. Die geometrische Vermessung des
Rotorblattes wurde somit aber möglich. Ursprünglich war im Projekt auch vorgesehDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
kam es zu einigen Verzögerungen im Projektablauf. Die geometrische Vermessung des Rotorblattes wurde somit aber möglich. Ursprünglich war im Projekt auch vorgesehen, die Strukturdaten des Rotorblattes mit in die Untersuchungen einfließen zu lassen. Es wurde damals auch als Möglichkeit angesehen, Strukturdaten des Rotorblattes über bestimmte Projektpartner von den Herstellern zu erhalte
Ursprünglich war im Projekt auch vorgesehen, die Strukturdaten des
Rotorblattes mit in die Untersuchungen einfließen zu lassen. Es wurde damals aucDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nglich war im Projekt auch vorgesehen, die Strukturdaten des Rotorblattes mit in die Untersuchungen einfließen zu lassen. Es wurde damals auch als Möglichkeit angesehen, Strukturdaten des Rotorblattes über bestimmte Projektpartner von den Herstellern zu erhalten. Dies hat sich leider nicht bestätigt. Die strukturellen Daten sind somit derzeit noch nicht vorhanden. Dies ist allerdings a
. Es wurde damals auch als Möglichkeit angesehen, Strukturdaten des
Rotorblattes über bestimmte Projektpartner von den Herstellern zu erhalten. DiesDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
erdings auch nicht unbedingt notwendig – wie andere Projekte zur Leistungsoptimierung an Rotorblättern gezeigt haben – so lange nachgewiesen werden kann, dass die Lasten des modifizierten Rotorblattes bei Nennleistung unter den im Typenzertifikat festgelegten Grenzlasten bleiben. Gegebenenfalls ist dafür in der zweiten Projektphase noch eine Schwingungsanalyse des Rotorblattes notwendi
o lange nachgewiesen werden kann, dass die Lasten des modifizierten
Rotorblattes bei Nennleistung unter den im Typenzertifikat festgelegten GrenzlasDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
izierten Rotorblattes bei Nennleistung unter den im Typenzertifikat festgelegten Grenzlasten bleiben. Gegebenenfalls ist dafür in der zweiten Projektphase noch eine Schwingungsanalyse des Rotorblattes notwendig. Für die geometrische Vermessung wurde zunächst ein Koordinaten-Referenzsystem in Form eines Rechtecks (2m x 38m) auf dem Hallenboden festgelegt. Dieses Koordinatensystem wurde
dafür in der zweiten Projektphase noch eine Schwingungsanalyse des
Rotorblattes notwendig. Für die geometrische Vermessung wurde zunächst ein KoordDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Die gewonnenen Messdaten aus den zwei Messlasern und damit von zwei Ebenen pro Schnitt erlaubten allerdings die Rückrechnung auf eine 2D-Geometrie, die sich senkrecht zur Skeletlinie des Rotorblattes befindet. Dafür mussten die gemessenen Koordinaten bereinigt, geglättet, in Horizontalstellung gebracht und normiert werden. Hierzu wurden die Programme Excel, Matlab, XFoil3 und JavaFoil
hnung auf eine 2D-Geometrie, die sich senkrecht zur Skeletlinie des
Rotorblattes befindet. Dafür mussten die gemessenen Koordinaten bereinigt, gegläDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
e Rauhigkeitseffekte zu simulieren, und die Schnitte erneut vermessen. Dies wurde insbesondere vor dem Hintergrund getan, dass es sich um die Erfassung des Ist-Zustandes eines gebrauchten Rotorblattes handelt. Entsprechend ist mit Verschmutzungen zu rechnen. Einige Add-Ons waren so auf dem Original-Rotorblatt montiert, dass sie in keinem der fünf Schnitte erfasst wurden (Vgl. Abbildung
, dass es sich um die Erfassung des Ist-Zustandes eines gebrauchten
Rotorblattes handelt. Entsprechend ist mit Verschmutzungen zu rechnen. Einige AdDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
(Schnitt 5) zeigen Auszüge aus den hochaufgelösten Profilpolaren für jeden Rotorblattschnitt. Abbildung 26 und Abbildung 27 zeigen die gemessenen 360° Polaren aller Schnitte des Original- Rotorblattes . Die 360° Polaren wurden bei einer Reynoldszahl von 1Mio vermessen, da die im Windkanal auftretenden Lasten andernfalls zu hoch gewesen wären. Im Gegensatz zu den hochaufgelösten Polaren,
g 27 zeigen die gemessenen 360° Polaren aller Schnitte des Original-
Rotorblattes. Die 360° Polaren wurden bei einer Reynoldszahl von 1Mio vermessen,Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nergieanlage. Sie äußern sich durch sich ändernde Anströmwinkel α (siehe Abbildung 29). Diese dynamischen Winkeländerungen wirken sich sowohl auf die absoluten Werte der Profilpolaren des Rotorblattes , als auch auf den Strömungsabriss, den sogenannten „Stall“, aus. Diese dynamischen Polaren wurden im Windkanal der Universität Oldenburg am rotierenden Profil vermessen. Die Modelle wurde
en wirken sich sowohl auf die absoluten Werte der Profilpolaren des
Rotorblattes, als auch auf den Strömungsabriss, den sogenannten „Stall“, aus. DiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
otierenden Profil vermessen. Die Modelle wurden dabei mit definierten Winkelgeschwindigkeiten gedreht und so die sich ändernden Anströmwinkel simuliert. Um das Dynamic Stall Verhalten des Rotorblattes repräsentativ auszuwerten, wurden zwei der fünf Profile im Windkanal vermessen. Ziel war es, die dynamischen Auftriebsbeiwerte dieser zwei Profilschnitte zu bestimmen. Als Schnitte wurden
dernden Anströmwinkel simuliert. Um das Dynamic Stall Verhalten des
Rotorblattes repräsentativ auszuwerten, wurden zwei der fünf Profile im WindkanaDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
7 an so können zunächst die Rotationsfrequenz der Windenergieanlage ωA berechnet werden, wobei R der Rotordurchmesser ist. Mit diesem ωA kann die Rotationsgeschwindigkeit in der Mitte des Rotorblattes bestimmt werden. Damit ergibt sich für die resultierende Geschwindigkeit ures als Funktion der Anströmgeschwindigkeit u1 zu. Der Winkel α ergibt sich damit als Funktion der Anströmgeschwi
t. Mit diesem ωA kann die Rotationsgeschwindigkeit in der Mitte des
Rotorblattes bestimmt werden. Damit ergibt sich für die resultierende GeschwindiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
en sich damit Fluktuationen im Winkel α und damit auch im Anströmwinkel, welche wiederum mit einer Frequenz ωα ausgedrückt werden können. Mit einer Sehnenlänge von c = 2m in der Mitte des Rotorblattes , ωA sowie der jeweiligen resultierenden Anströmgeschwindigkeit am Blatt können die reduzierten Frequenzen analog berechnet werden. Mit den betrachteten Werten für u1 und den jeweiligen Fl
kt werden können. Mit einer Sehnenlänge von c = 2m in der Mitte des
Rotorblattes, ωA sowie der jeweiligen resultierenden Anströmgeschwindigkeit am BDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
tschallquelle identifiziert werden. Abbildung 3: Hauptschallquellen am Profil, sichtbar gemacht durch Mikrofon-Array Bei der Analyse hat sich gezeigt, dass vor allem die Hinterkanten des Rotorblattes verantwortlich für erhöhte akustische Emissionen sind. Um den von der Hinterkante verursachten Lärm weiter zu analysieren und die unterschiedlichen Profile miteinander zu vergleichen, wur
i der Analyse hat sich gezeigt, dass vor allem die Hinterkanten des
Rotorblattes verantwortlich für erhöhte akustische Emissionen sind. Um den von dDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ade im Hinblick auf die öffentliche Akzeptanz der Windenergie wichtige Aspekt allerdings unbedingt Berücksichtigung finden. Optimierungspotenzial wird hier speziell im äußeren Drittel des Rotorblattes gesehen. Die Messungen in Windkanal zeigten, dass es möglich ist die vorhandene Messtechnik für relative Messungen zu benutzen, um Rotorblattprofile und -modifikationen zu vergleichen. De
en. Optimierungspotenzial wird hier speziell im äußeren Drittel des
Rotorblattes gesehen. Die Messungen in Windkanal zeigten, dass es möglich ist diDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
reich. Optimierte Rotorblätter führen dazu, dass die Windenergieanlage nicht so schnell drehen muss, um dieselbe Leistung zu erreichen. Dafür wurden anhand des vermessenen Ist-Zustand des Rotorblattes Bereiche für eine mögliche Optimierung identifiziert und Modifikationen entworfen. Diese wurden im anschließenden Arbeitspaket anhand von CFDSimulationen durch die FH Kiel überprüft. Ursp
g zu erreichen. Dafür wurden anhand des vermessenen Ist-Zustand des
Rotorblattes Bereiche für eine mögliche Optimierung identifiziert und ModifikatiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
entworfen. Diese wurden im anschließenden Arbeitspaket anhand von CFDSimulationen durch die FH Kiel überprüft. Ursprünglich war es im Projekt vorgesehen, die akustischen Eigenschaften des Rotorblattes nur dann zu optimieren, wenn die Modifikationen zu einer Überschreitung der im Typenzertifikat angegebenen Schallgrenzwerte führen. Die gesellschaftlichen Diskussionen zeigen aber immer w
ich war es im Projekt vorgesehen, die akustischen Eigenschaften des
Rotorblattes nur dann zu optimieren, wenn die Modifikationen zu einer ÜberschreiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
en, welche Verfahren erwogen wurden und welche tatsächlich näher untersucht wurden. Die Vergrößerung und Optimierung der Blattwurzel zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes wird als erfolgversprechend eingestuft. Es gibt erste Untersuchungen und Praxisbeispiele, die zeigen, dass besonders Grenzschichtzäune im Übergangsbereich zwischen den zylindrischen Flans
Blattwurzel zur Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften des
Rotorblattes wird als erfolgversprechend eingestuft. Es gibt erste UntersuchungeDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ht nur vom Rotorblatttyp. Dennoch hat die FH Kiel sie in den Simulationen in AP 4 berücksichtigt. Die Modifizierung der Blatthinterkante zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften des Rotorblattes ist eine weitere Maßnahme, die in der Forschung bekannt ist [Kne05]. Am Erfolgversprechendsten erscheint hier der Einsatz von gezackten Hinterkanten. Diese Maßnahme wurde nicht noch zusät
Blatthinterkante zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften des
Rotorblattes ist eine weitere Maßnahme, die in der Forschung bekannt ist [Kne05]Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
iese Modifikation nur durch einen Abbau der Rotorblätter umzusetzen. Dies sollte vermieden werden. Maßnahmen zur akustischen Optimierung Ein Ansatzpunkt für die akustische Optimierung des Rotorblattes ist die Neupositionierung der bereits vorhandenen Vortex-Generatoren. Im Außenbereich des Rotorblattes wird die Verwendung einer gezackten Hinterkante vorgeschlagen. Um die Gleitzahl unve
chen Optimierung Ein Ansatzpunkt für die akustische Optimierung des
Rotorblattes ist die Neupositionierung der bereits vorhandenen Vortex-GeneratoreDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ahmen zur akustischen Optimierung Ein Ansatzpunkt für die akustische Optimierung des Rotorblattes ist die Neupositionierung der bereits vorhandenen Vortex-Generatoren. Im Außenbereich des Rotorblattes wird die Verwendung einer gezackten Hinterkante vorgeschlagen. Um die Gleitzahl unverändert zu lassen, muss eine Steigerung des Widerstandes durch eine Erhöhung des Auftriebs kompensiert
ung der bereits vorhandenen Vortex-Generatoren. Im Außenbereich des
Rotorblattes wird die Verwendung einer gezackten Hinterkante vorgeschlagen. Um dDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
r zu einer Diskontinuität im Druckfeld und damit zu starken Druckunterschieden führt. Es entsteht Lärm. Durch eine gezackte Hinterkante kann der Übergang zwischen Druck- und Saugseite des Rotorblattes fließender gestaltet werden, indem er auf einen größeren Bereich in der Größenordnung von 10cm ausgedehnt wird. Der Widerstand und die Gleitzahl bleiben gleich, aber die Geräuschemission
kte Hinterkante kann der Übergang zwischen Druck- und Saugseite des
Rotorblattes fließender gestaltet werden, indem er auf einen größeren Bereich inDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
glicht. Zu diesem Zweck wurde das 3D Berechnungsgitter eines Modellrotors erzeugt. Mit Hilfe der fünf vermessenen Profilschnitte des LM 37.3p Rotorblatts wurde zuerst ein Raummodell eines Rotorblattes erzeugt. Unter Zuhilfenahme der Software ICEM CFD wurden aus jeweils benachbarten Profilen Blattoberflächen erstellt. Die Formen von Rotorblattspitze und -wurzel wurden frei gestaltet. Du
schnitte des LM 37.3p Rotorblatts wurde zuerst ein Raummodell eines
Rotorblattes erzeugt. Unter Zuhilfenahme der Software ICEM CFD wurden aus jeweilDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
en aus jeweils benachbarten Profilen Blattoberflächen erstellt. Die Formen von Rotorblattspitze und -wurzel wurden frei gestaltet. Durch Hinzufügen einer generischen Gondel als Träger des Rotorblattes wurde ein Rotormodell erzeugt. Der Berechnungsraum um den Rotor wurde als Zylindervolumen entlang der Strömungsrichtung angenommen, das jedoch auf Grund angenommener Rotationssymmetrie au
gestaltet. Durch Hinzufügen einer generischen Gondel als Träger des
Rotorblattes wurde ein Rotormodell erzeugt. Der Berechnungsraum um den Rotor wurDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
K (11°C) - Die Drehgeschwindigkeit des Rotors wird für die verschiedenen Rechnungen variiert, während eines Durchlaufs bleibt sie jedoch konstant. Die aerodynamischen Eigenschaften eines Rotorblattes werden wesentlich durch die Ausbildung einer Grenzschichtströmung an seiner Oberfläche bestimmt. Diese ist im Modell berücksichtigt. Ebenfalls berücksichtigt ist der Übergang von laminare
bleibt sie jedoch konstant. Die aerodynamischen Eigenschaften eines
Rotorblattes werden wesentlich durch die Ausbildung einer Grenzschichtströmung aDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
n, in der Nähe von S1. Abbildung 49 zeigt die Ergebnisse bei Verwendung nur eines Grenzschichtzauns. Die Leistungsbeiwertskennlinie ist in diesem Fall niedriger als die des unbearbeiteten Rotorblattes . Abbildung 7 zeigt den Strömungsverlauf am Rotorblatt im Maximalpunkt der Leistungskurve. Daraus geht hervor, dass durch den Grenzschichtzaun der Bereich mit Verwirbelungen im mittleren R
tskennlinie ist in diesem Fall niedriger als die des unbearbeiteten
Rotorblattes. Abbildung 7 zeigt den Strömungsverlauf am Rotorblatt im MaximalpunDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
der Maßnahmen auf Umsetzbarkeit Inhalt des Arbeitspaketes war es, die Auswirkungen der geplanten aerodynamischen Modifikationen an den Rotorblättern auf die strukturellen Belastungen des Rotorblattes zu überprüfen. Das Ergebnis sollte eine Bewertung der Effizienz der Modifikationen erlauben und darüber hinaus darstellen, ob diese zu einer lokalen und globalen Erhöhung der strukturelle
kationen an den Rotorblättern auf die strukturellen Belastungen des
Rotorblattes zu überprüfen. Das Ergebnis sollte eine Bewertung der Effizienz derDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
zschichtzäune und Spoiler) am installierten Rotorblatt kann mittels einer Arbeitsbühne erfolgen, sodass der wirtschaftliche Aufwand im Vergleich zu anderen Alternativen, die den Abbau des Rotorblattes oder die Installation eines völlig neuen Rotorblattes beinhalten würden, als gering einzuschätzen ist. Für die Montage der Anbaukomponenten wurden für drei Rotorblätter etwa 75 Arbeitsstu
che Aufwand im Vergleich zu anderen Alternativen, die den Abbau des
Rotorblattes oder die Installation eines völlig neuen Rotorblattes beinhalten wüDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
kann mittels einer Arbeitsbühne erfolgen, sodass der wirtschaftliche Aufwand im Vergleich zu anderen Alternativen, die den Abbau des Rotorblattes oder die Installation eines völlig neuen Rotorblattes beinhalten würden, als gering einzuschätzen ist. Für die Montage der Anbaukomponenten wurden für drei Rotorblätter etwa 75 Arbeitsstunden á 215,00 €/h angesetzt. Es ist damit zu rechnen,
den Abbau des Rotorblattes oder die Installation eines völlig neuen
Rotorblattes beinhalten würden, als gering einzuschätzen ist. Für die Montage deDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
gegangen. Für beide Konfigurationen wurde das identische Strukturmodell des Blattes verwendet. Die Modifikation erfolgte alleine über die veränderten Profilpolaren. Das Strukturmodell des Rotorblattes wurde in der Programmumgebung durch elf Einzelschnitte diskretisiert (vgl. Abbildung 8). Es besitzt eine Länge von insgesamt 37.3 m bei einer maximalen Sehnenlänge von 3.027 m. Diese befi
alleine über die veränderten Profilpolaren. Das Strukturmodell des
Rotorblattes wurde in der Programmumgebung durch elf Einzelschnitte diskretisierDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ng. Die Resultierende aus diesen beiden Vektoren wirkt auf das jeweilige Rotorblattsegment. Der Winkel zwischen der Profilsehne und der resultierenden Anströmung ist der Anstellwinkel des Rotorblattes (α). Ihm gegenüber liegt der Einstellwinkel ϑ (auch Pitchwinkel genannt), der zwischen der Profilsehne und der durch die Rotation des Rotorblattes erzeugten Anströmung liegt. Aufgrund der
ilsehne und der resultierenden Anströmung ist der Anstellwinkel des
Rotorblattes (α). Ihm gegenüber liegt der Einstellwinkel ϑ (auch Pitchwinkel genDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
den Anströmung ist der Anstellwinkel des Rotorblattes (α). Ihm gegenüber liegt der Einstellwinkel ϑ (auch Pitchwinkel genannt), der zwischen der Profilsehne und der durch die Rotation des Rotorblattes erzeugten Anströmung liegt. Aufgrund der über den Blattumfang veränderlichen aerodynamischen Eigenschaften sind der Auftriebsbeiwert CL und der Widerstandsbeiwert CD abhängig vom Anstellw
nannt), der zwischen der Profilsehne und der durch die Rotation des
Rotorblattes erzeugten Anströmung liegt. Aufgrund der über den Blattumfang veränDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
definiert sich rechnerisch über das Verhältnis von den im Windkanal gemessenen Auftriebsbeiwerten CL und Widerstandskoeffizienten CD. Es ist zu erwarten, dass die Werte des modifizierten Rotorblattes größer sind, also eine höhere Gleitzahl aufweisen, als die des Originalblattes. In Abbildung 56, Abbildung 57 und Abbildung 58 sind die Gleitzahlen der Profilschnitte 1,2 und 3 im Verglei
ffizienten CD. Es ist zu erwarten, dass die Werte des modifizierten
Rotorblattes größer sind, also eine höhere Gleitzahl aufweisen, als die des OrigDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
innerhalb der definierten Grenzen. Ebenfalls beim 3. Schnitt ist die Gleitzahl der Modifikation im Betriebsbereich von 1° - 7° verbessert. Diese Erkenntnisse im Hinblick auf Belastung des Rotorblattes werden im anschließenden Schritt durch die Simulationen überprüft. Berechnungen zur Plausibilisierung und Validierung des Modells Im folgenden Arbeitsschritt wurde überprüft, ob die impor
° - 7° verbessert. Diese Erkenntnisse im Hinblick auf Belastung des
Rotorblattes werden im anschließenden Schritt durch die Simulationen überprüft. Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Wind genommen. Es wurde jeweils in 1 m/s Schritten bei einer Windgeschwindigkeit zwischen 4 – 20 m/s die Leistung simuliert. In der Abbildung 12 sind die Leistungskurven des modifizierten Rotorblattes sowie die von drei 1.5 MW Referenzanlagen7 aufgetragen, die den gleichen Rotorblatttyp (LM 37.3p) benutzen. Die Leistungskurve und die daraus resultierende CP- Kurve hat nach Anpassung de
ert. In der Abbildung 12 sind die Leistungskurven des modifizierten
Rotorblattes sowie die von drei 1.5 MW Referenzanlagen7 aufgetragen, die den gleDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
sgrad einer Windenergieanlage ist daher ein wichtiges Kriterium bei der Beurteilung von Maßnahmen zur Ertragssteigerung. In Abbildung 13 ist der Rotorleistungsbeiwert CP des modifizierten Rotorblattes sowie der Referenzanlagen über die Windgeschwindigkeit aufgetragen. Das Diagramm zeigt, dass die Simulation mit dem modifiziertem Rotorblatt im Teillastbereich von 5 – 10 m/s Windgeschwin
In Abbildung 13 ist der Rotorleistungsbeiwert CP des modifizierten
Rotorblattes sowie der Referenzanlagen über die Windgeschwindigkeit aufgetragen.Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
t aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbessern lassen und wenn ja, in welcher Form dies geschehen kann. Es soll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes Profil eines Rotorblattes erarbeitet werden, das höhere Erträge ermöglicht. Folgende Forschungsfragen wurden im Vorfeld formuliert: • Welche Modifizierungen können an Rotorblättern vorgenommen werden, um den Energ
oll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes Profil eines
Rotorblattes erarbeitet werden, das höhere Erträge ermöglicht. Folgende ForschunDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
t sich zudem schon in den ersten Messungen erkennen, dass Veränderungen in der Größe und Position der aerodynamischen Hilfsmittel einen Effekt auf die Effizienz und die Schallemission des Rotorblattes haben. Optimierungspotenzial ist nachweislich vorhanden. In einer zweiten Projektphase müssten die Effekte der ausgewählten aerodynamischen Hilfsmittel detailliert analysiert werden. Dafü
lfsmittel einen Effekt auf die Effizienz und die Schallemission des
Rotorblattes haben. Optimierungspotenzial ist nachweislich vorhanden. In einer zDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
blattaußenbereich wiederum bietet das größte Potenzial für eine akustische Optimierung. Zur besseren Determination der Auswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (z.B. Spoiler oder Grenzschichtzäune)
uswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des
Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die SimulationDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
g. Zur besseren Determination der Auswirkungen von aerodynamischen Hilfsmitteln in den äußeren 2/3 des Rotorblattes werden hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (z.B. Spoiler oder Grenzschichtzäune) – werden erneut CFD-Simulationen notwendig sein, da hier die Windkanalmessungen nich
en hauptsächlich Windkanalmessungen genutzt. Für die Simulation des
Rotorblattes als Ganzes – mit speziellem Fokus auf den Rotorblattinnenbereich (zDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Grenzschichtzäunen. Abbildung 52: Druck- und Strömungsverhältnisse auf der Saugseite bei Einsatz von Gurney-Flaps und Grenzschichtzäunen. Abbildung 53: Entzerrte Ansicht des modifizierten Rotorblattes . Abbildung 54: Messergebnisse der Profilpolaren des Originalblattes an S1. Abbildung 55: Definition der Profilpolaren des Originalblattes an S1 in der Simulationsumgebung. Abbildung 56: G
enzschichtzäunen. Abbildung 53: Entzerrte Ansicht des modifizierten
Rotorblattes. Abbildung 54: Messergebnisse der Profilpolaren des OriginalblattesDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
erung: Stall-Regelung (aerodynamischer Abriss) Steigt die Windgeschwindigkeit über ein bestimmtes Maß hinaus an, reißt durch die spezielle Flügelform die Luftströmung an der Saugseite des Rotorblattes früher ab und begrenzt so die Drehzahl. Pitch-Regelung (Blattwinkelverstellung) Mittels elektrischer oder hydraulischer Blattverstellung lassen sich die Flügel stufenlos verstellen. Dies
urch die spezielle Flügelform die Luftströmung an der Saugseite des
Rotorblattes früher ab und begrenzt so die Drehzahl. Pitch-Regelung (BlattwinkelBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
n werden können und ob sich die Tragmittel in ordnungsgemäßem Zustand befinden. 6 Kleinwindanlagen Unter Kleinwindanlagen werden Anlagen bis zu einer Anlagengesamthöhe (bis zur Spitze des Rotorblattes ) von 50 m Höhe verstanden, die entsprechend der Regelungen der 4. BImSchV nicht unter die immissionsschutzrechtliche Genehmigungspflicht fallen. Kleinwindanlagen gelten als bauliche Anlag
n werden Anlagen bis zu einer Anlagengesamthöhe (bis zur Spitze des
Rotorblattes) von 50 m Höhe verstanden, die entsprechend der Regelungen der 4. BBaden-Württembergische Ministerien für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft; für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz; für Verkehr und Infrastruktur; für Finanzen und Wirtschaft
n werfen Windenergieanlagen einen Schatten. Die sich drehenden Rotorblätter bewirken, dass der von ihnen ausgehende Schatten sich ebenfalls bewegt. Der Schlagschatten eines sich drehenden Rotorblattes kann zu einer Störung der Anwohner der umgebenden Siedlungsnutzungen führen und ist daher als Belang in die Abwägung einzubeziehen. Es wurde eine Berechnung der Rotorschattenwurfbelastung
tten sich ebenfalls bewegt. Der Schlagschatten eines sich drehenden
Rotorblattes kann zu einer Störung der Anwohner der umgebenden SiedlungsnutzungeGemeinde Neuenkirchen-Vörden
CON Rotorblattenteisung mittels Umluftverfahren ermöglicht eine Verkürzung der Abtauzeit, nachdem Eisansatz erkannt und die Anlage in Stillstand versetzt wurde. Ein an der Blattwurzel des Rotorblattes installiertes Heizgebläse erwärmt die Luft bis zur Rotorblattspitze. Dabei steigt die Temperatur der Rotorblattfläche auf Werte oberhalb des Gefrierpunktes an und der Eisansatz taut ab. N
die Anlage in Stillstand versetzt wurde. Ein an der Blattwurzel des
Rotorblattes installiertes Heizgebläse erwärmt die Luft bis zur RotorblattspitzeENERCON GmbH
rend sich ein Strahl, der durch einen Propeller verläuft, sich zusammenzieht. Wie bei einem Flugzeugflügel gibt es an den Rotorblattspitzen einer WEA einen Wirbel und im Wurzelbereich des Rotorblattes gibt es einen zweiten Randwirbel. Zur Veranschaulichung sind in Abbildung 65 die verschiedenen Wirbel skizziert. Abbildung 65: Wirbelsystem (Wilson und P.B., 1974) II.1.3.4.2 Der Turbulen
n Rotorblattspitzen einer WEA einen Wirbel und im Wurzelbereich des
Rotorblattes gibt es einen zweiten Randwirbel. Zur Veranschaulichung sind in AbbDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ertungen von den Wollfäden-Versuchen auf der REpower-Anlage und der Vestas-Anlage abgebildet. Bei der REpower Anlage ist zu erkennen, wie ein Totwassergebiet1 hinter dem Wurzelbereich des Rotorblattes entsteht und hinter dem Rotorblatt schräg über die Gondel wandert. In Abbildung 80 ist die Länge des Totwassergebietes zum Kreiszylinderdurchmesser über der Re angegeben. Mit den Daten au
zu erkennen, wie ein Totwassergebiet1 hinter dem Wurzelbereich des
Rotorblattes entsteht und hinter dem Rotorblatt schräg über die Gondel wandert. Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
en Uhrzeigersinn. Abbildung 80 Länge des Totwassers hinter einem Kreiszylinder (Hucho, 2002, p. 99) Ferner ist zu erkennen, dass der Ausschlag der Wollfäden, nach jedem vorbeiziehen eines Rotorblattes , nach hinten hin immer geringer wird. Es ist zu vermuten, dass die Turbulenzintensität mit der Entfernung zum Rotor abnimmt. Nebel Nebel kann in Windkanälen sehr gut zur Visualisierung be
en, dass der Ausschlag der Wollfäden, nach jedem vorbeiziehen eines
Rotorblattes, nach hinten hin immer geringer wird. Es ist zu vermuten, dass die Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
t diese Transitionslinie durch Regen, allerdings in Fahnenposition und Abbildung 83 zeigt die Transitionslinie durch Verschmutzung. Abbildung 82 Regentropfen auf der Sogseite eines Vestas- Rotorblattes . Abbildung 83 Verschmutzung der Rotorblätter einer Vestas V66 Die untersuchte REp-Anlage ist erst im Jahre 2012 errichtet worden. Hier sind noch keine Ablagerungen an der WEA erkennbar. B
schmutzung. Abbildung 82 Regentropfen auf der Sogseite eines Vestas-
Rotorblattes. Abbildung 83 Verschmutzung der Rotorblätter einer Vestas V66 Die uDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ist die Höhe des ZZ nur von der Anströmgeschwindigkeit abhängig und nicht von der Geometrie, weshalb das ZZ mit derselben Stärke auch für das Rotorblatt verwendet wird. Über die Länge des Rotorblattes verschiebt sich der Staupunkt durch die Rotation. Der Staupunkt verlagert sich, mit einer Geraden, von der Spitze des Spinners bis auf den Nasenpunkt des Profils mit der größten Tiefe, wi
n Stärke auch für das Rotorblatt verwendet wird. Über die Länge des
Rotorblattes verschiebt sich der Staupunkt durch die Rotation. Der Staupunkt verDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
haben einen Pitchwinkel von 0°, und der Rotor dreht sich nicht. Abbildung 114 stellt die Ergebnisse der numerischen Simulation dar. Eine lokale Strömungsablösung ist im Wurzelbereich des Rotorblattes zu erkennen. Abbildung 114 Darstellung der numerische Simulation bei Stillstand. Pitchwinkel = 0°, Ungestörte Windgeschwindigkeit = 8 m/s. Quelle: Akka Octagon. II.1.3.10.3 Betrieb bei 8
ulation dar. Eine lokale Strömungsablösung ist im Wurzelbereich des
Rotorblattes zu erkennen. Abbildung 114 Darstellung der numerische Simulation beDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ø/DTU wurden sowohl Strömungssimulationen als auch Messungen an einer WEA durchgeführt. Beim Typ der WEA handelt es sich allerdings um sog. Stall-WEA, bei denen aufgrund des feststehenden Rotorblattes Einflüsse der Blattregelung vorallem bei Stillstand nicht betrachtet werden können. Von Interesse sind die Ergebnisse dennoch, sie weisen auf ähnliche Ergebnisse hin, wie in den hier durc
allerdings um sog. Stall-WEA, bei denen aufgrund des feststehenden
Rotorblattes Einflüsse der Blattregelung vorallem bei Stillstand nicht betrachteDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Während sich beide Anlagentypen mit 2,3 MW bzw. 2,5 MW in der Leistung ähnlich sind, ist der Rotordurchmesser der Anlage von GE rund 1,7 mal größer. Die vom Wind überstrichene Fläche des Rotorblattes ist sogar rund dreimal so groß. Abbildung 5.4: Boxplots von Rotordurchmesser, Nabenhöhe, Nennleistung und spezifischer Nennleistung der im Jahr 2016 installierten WEA. Datenquelle: [9]. A
e von GE rund 1,7 mal größer. Die vom Wind überstrichene Fläche des
Rotorblattes ist sogar rund dreimal so groß. Abbildung 5.4: Boxplots von RotorduFraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES)
nd derTechnik Funktionsweise eines modernen Blitzschutzes: der Blitz soll vorzugsweise in den sog. Rezeptor (aus Metall, in der Blattspitze) einschlagen. Über ein Stahlseil im Inneren des Rotorblattes , das den Rezeptor mit der Stahl-Konstruktion (Rotorblattflansch-Gondelchassis-Turm) verbindet, wird der Blitzstrom bis ins Erdreich abgeleitet. Voraussetzung für einwandfreie Funktion ist
in der Blattspitze) einschlagen. Über ein Stahlseil im Inneren des
Rotorblattes, das den Rezeptor mit der Stahl-Konstruktion (Rotorblattflansch-GonGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
der Rotorblätter, die z. B. durch Umweltverschmutzung verursacht wird, Schäden an der Lackierung der Oberfläche der Rotorblätter oder Vereisung verringern die aerodynamische Leistung des Rotorblattes . Durch die Überwachung der Prozessparameter, wie z. B. der Leistung im Verhältnis zur Windgeschwindigkeit, können solche Betriebsstörungen festgestellt werden. Sowohl Unwucht der Rotormas
orblätter oder Vereisung verringern die aerodynamische Leistung des
Rotorblattes. Durch die Überwachung der Prozessparameter, wie z. B. der LeistungGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
lge von Eindringen von Wasser in ein Rotorblatt, Vereisung oder losem Material in einem Rotorblatt, als auch aerodynamische Asymmetrien, die z. B. durch Montagefehler am Pitch-Antrieb des Rotorblattes oder durch Unterschiede im Profil des Rotorblattes aufgrund von Herstellungstoleranzen verursacht wurden, führen zu Schwingungen der Gondel, die mit Hilfe eines Überwachungssystems analys
che Asymmetrien, die z. B. durch Montagefehler am Pitch-Antrieb des
Rotorblattes oder durch Unterschiede im Profil des Rotorblattes aufgrund von HerGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
reisung oder losem Material in einem Rotorblatt, als auch aerodynamische Asymmetrien, die z. B. durch Montagefehler am Pitch-Antrieb des Rotorblattes oder durch Unterschiede im Profil des Rotorblattes aufgrund von Herstellungstoleranzen verursacht wurden, führen zu Schwingungen der Gondel, die mit Hilfe eines Überwachungssystems analysiert werden können. Die Ansätze zur Erkennung von g
itch-Antrieb des Rotorblattes oder durch Unterschiede im Profil des
Rotorblattes aufgrund von Herstellungstoleranzen verursacht wurden, führen zu ScGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
Komponenten, insbesondere der Rotorblätter, Einhalt geboten zu werden. So hat der Rotor der 6 MW-Anlage von REpower bereits einen Durchmesser von 126 m, was eine Abmessung eines einzelnen Rotorblattes von mehr als 50 m Länge ergibt – zu lang, um noch auf normalen Transportwegen (beispielsweise mit Tieflader) transportiert zu werden. 6 Schadenpotenzial Schäden an Windenergieanlagen stel
its einen Durchmesser von 126 m, was eine Abmessung eines einzelnen
Rotorblattes von mehr als 50 m Länge ergibt – zu lang, um noch auf normalen TranGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
attbewegung erschwert es dem Blitz, in den Rezeptor einzuschlagen. Die tabellarische Auflistung der Blitzschutzmaßnahmen in Kapitel 4.2 zeigt verschiedene Möglichkeiten für den Schutz des Rotorblattes . Wassereinschlüsse im Blatt können bei einem Blitzschlag explosionsartig verdampfen. In der Folge reißt das Blatt in diesem Bereich auf. Abhilfe schaffen Drainageöffnungen durch die das e
in Kapitel 4.2 zeigt verschiedene Möglichkeiten für den Schutz des
Rotorblattes. Wassereinschlüsse im Blatt können bei einem Blitzschlag explosionsGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
......................................23 Abb. 16: Rotorblätter und weitere Bauteile von Flip 150.......................................................24 Abb. 17: Fertigung eines Savonius- Rotorblattes aus Aluminium im privaten Eigenbau ........25 Abb. 18: links, Kleinwindkraftanlage im privaten Garten rechts, Günstige und ungünstige Standorte für Kleinwindkraftanlagen..................
...............................24 Abb. 17: Fertigung eines Savonius-
Rotorblattes aus Aluminium im privaten Eigenbau ........25 Abb. 18: links, KleinSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
seitlich auf das Rotorblatt strömt. Der resultierende Wind, der auf das Rotorblatt trifft, setzt sich aus dem eigentlichen Wind und dem Fahrtwind zusammen. Durch die Bauweise und Form des Rotorblattes muss der Wind auf der oberen Seite einen längeren Weg als auf der unteren Seite zurücklegen. Die Strömung weitet sich dadurch auf und es entsteht auf der Oberseite ein Unterdruck und auf
en Wind und dem Fahrtwind zusammen. Durch die Bauweise und Form des
Rotorblattes muss der Wind auf der oberen Seite einen längeren Weg als auf der uSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
hierbei eine Erfahrung in der Aerodynamik um ein geeignetes Rotorblattprofil zu konstruieren, sowie das geeignete Werkzeug (Hallenga, 2004). Abb. 18 zeigt das Ausschneiden eines Aluminium- Rotorblattes für eine Savonius-Windkraftanlage. Abb. 17: Fertigung eines Savonius-Rotorblattes aus Aluminium im privaten Eigenbau (Quelle: Herr-Home, 2010). 5.2.4 Generatoren Generatoren wandeln die
ug (Hallenga, 2004). Abb. 18 zeigt das Ausschneiden eines Aluminium-
Rotorblattes für eine Savonius-Windkraftanlage. Abb. 17: Fertigung eines SavoniSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
struieren, sowie das geeignete Werkzeug (Hallenga, 2004). Abb. 18 zeigt das Ausschneiden eines Aluminium-Rotorblattes für eine Savonius-Windkraftanlage. Abb. 17: Fertigung eines Savonius- Rotorblattes aus Aluminium im privaten Eigenbau (Quelle: Herr-Home, 2010). 5.2.4 Generatoren Generatoren wandeln die vom Wind erzeugte Bewegungsenergie in elektrische Energie um (Gasch & Twele, 2007).
r eine Savonius-Windkraftanlage. Abb. 17: Fertigung eines Savonius-
Rotorblattes aus Aluminium im privaten Eigenbau (Quelle: Herr-Home, 2010). 5.2.4SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verstellen eines einzelnen Rotorblattes reicht aus, um die WEA in einen sicheren Drehzahlbereich zu bringen. Hierdurch ist ein dreifach redundantes System gegeben. Das sekundäre Bremssystem besteht aus einer mechanischen Scheib
unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verstellen eines einzelnen
Rotorblattes reicht aus, um die WEA in einen sicheren Drehzahlbereich zu bringenSenvion SE
lossene Savonius-Rotor. Ein weiteres Prinzip, das sogenannte Auftriebsprinzip, ist die gängigste und effizienteste Form der Energiewandlung. Bei der Umströmung eines (schräg angestellten) Rotorblattes entsteht ein Druckunterschied durch die ungleichen Windlauflängen an Ober- und Unterseite. Hieraus resultiert eine Kraft senkrecht zur Anströmung – die Auftriebskraft. Anlagen, welche aer
der Energiewandlung. Bei der Umströmung eines (schräg angestellten)
Rotorblattes entsteht ein Druckunterschied durch die ungleichen Windlauflängen aHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
nen geregelt. Schattenwurf und Lichtimmissionen Im Unterschied zu den üblichen Fällen des Schattenwurfes durch feststehende Gebäude verursacht bei Windenergieanlagen erst die Bewegung des Rotorblattes einen periodischen Wechsel von Licht und Schatten. Das Ausmaß dieser qualitativen Veränderung der Lichtverhältnisse auf die betroffene Nachbarschaft wurde geprüft. Als Anhaltswerte für zu
nde Gebäude verursacht bei Windenergieanlagen erst die Bewegung des
Rotorblattes einen periodischen Wechsel von Licht und Schatten. Das Ausmaß dieseStadt Beverungen
der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls, werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verfahren eines einzelnen Rotorblattes reicht aus, um die WEA in einen sicheren Drehzahlbereich zu bringen. Hierdurch ist ein dreifach redundantes System gegeben. Das sekundäre Bremssystem ist eine mechanische Scheibenbremse,
unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verfahren eines einzelnen
Rotorblattes reicht aus, um die WEA in einen sicheren Drehzahlbereich zu bringenREpower Systems AG, REpower Systems SE
theit, Zuverlässigkeit und Kosten möglich. Es wurde ein neuartiges System zur Erfassung von Eis auf den Rotorblättern eingerüstet. Der Versuch, dieses System bereits bei der Fertigung des Rotorblattes zu integrieren ist leider gescheitert, da es bei den abschließenden Fertigungsarbeiten am Rotorblatt prozessbedingt zu der Zerstörung des mechanisch und thermisch sensiblen Systems kam. E
ngerüstet. Der Versuch, dieses System bereits bei der Fertigung des
Rotorblattes zu integrieren ist leider gescheitert, da es bei den abschließendenSkyWind GmbH
von 80 bis 90 m/s nicht überschreiten Ein-Blatt-Rotoren werden sich wahrscheinlich aus diesem Grund und wegen des erhöhten Materialverschleißes, der durch den unruhigen Lauf des einzelnen Rotorblattes zustande kommt, nicht durchsetzen. Es kann zu einer starken Unwucht führen, wenn Flügel und Gegengewicht bei solch einer Anlage nicht exakt aufeinander abgestimmt sind. Sie haben allerdin
en Materialverschleißes, der durch den unruhigen Lauf des einzelnen
Rotorblattes zustande kommt, nicht durchsetzen. Es kann zu einer starken UnwuchtleXsolar GmbH
t verändert werden, indem die Form des Profils geändert wird. Dickere und längere Profile ermöglichen einen größeren Unterschied der Strömungsgeschwindigkeiten an Ober- und Unterseite des Rotorblattes , da durch die veränderte Form die Zirkulationsströmung verstärkt wird. Der Druckunterschied erhöht sich und die Auftriebskraft ist größer als bei schmalen Profilen. Diesen Strömungseffekt
erschied der Strömungsgeschwindigkeiten an Ober- und Unterseite des
Rotorblattes, da durch die veränderte Form die Zirkulationsströmung verstärkt wileXsolar GmbH
e sie beispielsweise auch im Flugzeugbau eingesetzt werden. Sie beschreiben die konkrete Querschnittsform an einer bestimmten Stelle des Flügels genauer und sind für die Herstellung eines Rotorblattes von Bedeutung. An den Blattspitzen kann es zu Geschwindigkeiten von bis zu 70-90 m/s kommen. Im Vergleich dazu liegt die Windgeschwindigkeit bei starkem Wind (Windstärke 6 bis 7) nur bei
mmten Stelle des Flügels genauer und sind für die Herstellung eines
Rotorblattes von Bedeutung. An den Blattspitzen kann es zu Geschwindigkeiten voleXsolar GmbH
ils vorherrschenden Windgeschwindigkeit verdreht. Je größer die Windgeschwindigkeit ist, desto größer ist der Winkel zwischen Umfangs- und resultierender Geschwindigkeit. Durch Drehen des Rotorblattes wird das Profil genau so ausgerichtet, dass es durch die resultierende Geschwindigkeit ideal umströmt wird. Es sollen möglichst wenig Turbulenzen am Tragflügel auftreten (siehe Abbildung
schen Umfangs- und resultierender Geschwindigkeit. Durch Drehen des
Rotorblattes wird das Profil genau so ausgerichtet, dass es durch die resultiereleXsolar GmbH
tschland GmbH hält es anstelle der Einhaltung eines Pauschalabstanes für erforderlich, einen Einzelnachweis zu erbringen, daß auch ein Versagen von Maschinenkomponenten (z.B. Abriss eines Rotorblattes oder von Teilen davon) kein höheres Risiko für den Betrieb der bergbaulichen Anlage darstellt, als der Betrieb von Windkraftanlagen, die von einer Rundverfügung des Landesbergamtes Claust
, daß auch ein Versagen von Maschinenkomponenten (z.B. Abriss eines
Rotorblattes oder von Teilen davon) kein höheres Risiko für den Betrieb der bergGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
radius s auf den Rotordurchmesser bezogener dimensionsloser horizontaler Abstand zwischen den Turmachsen zweier benachbarter Anlagen Ted Bezugstemperatur T0 Einwirkungsdauer t s Tiefe des Rotorblattes an der Spitze bei linearer Extrapolation der Vorder- und Hinterkante t w größte Tiefe des Rotorblattes in der Nähe der Wurzel vb Basiswindgeschwindigkeit vm50 mittlere 50-Jahreswindgeschw
rter Anlagen Ted Bezugstemperatur T0 Einwirkungsdauer t s Tiefe des
Rotorblattes an der Spitze bei linearer Extrapolation der Vorder- und HinterkantDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
n zweier benachbarter Anlagen Ted Bezugstemperatur T0 Einwirkungsdauer t s Tiefe des Rotorblattes an der Spitze bei linearer Extrapolation der Vorder- und Hinterkante t w größte Tiefe des Rotorblattes in der Nähe der Wurzel vb Basiswindgeschwindigkeit vm50 mittlere 50-Jahreswindgeschwindigkeit vm1 mittlere 1-Jahreswindgeschwindigkeit vp50 50-Jahresböengeschwindigkeit vp1 1-Jahresböenge
arer Extrapolation der Vorder- und Hinterkante t w größte Tiefe des
Rotorblattes in der Nähe der Wurzel vb Basiswindgeschwindigkeit vm50 mittlere 50Deutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
t β Anströmwinkel γ F Teilsicherheitsbeiwert für die Einwirkung γ M Teilsicherheitsbeiwert für den Widerstand δ logarithmisches Dämpfungsdekrement ϑ Verhältniswert bezüglich der Tiefe des Rotorblattes , ϑ = ts/tw . ξ dimensionslose Längenordinate auf dem Rotorblatt ρ Luftdichte ρ E Dichte des Eises σ Spannung ∆σ Spannungsschwingbreite Fußzeiger d Bemessungswerte k charakteristische Wert
misches Dämpfungsdekrement ϑ Verhältniswert bezüglich der Tiefe des
Rotorblattes, ϑ = ts/tw . ξ dimensionslose Längenordinate auf dem Rotorblatt ρ LDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
uktionsteile nach DIN 1055-5 zu ermitteln. Sofern der Betrieb unter Eislasten nicht sicher ausgeschlossen werden kann, ist der Eisansatz an den Rotorblättern durch eine über die Länge des Rotorblattes verteilt anzunehmende Masse mE(ξ) nach Bild 3 und Gleichung (GL 8) zu berücksichtigen. Die Eismasse ist als an der Profilvorderkante des Rotorblattes wirkend anzunehmen. Dabei ist: Bild 3
st der Eisansatz an den Rotorblättern durch eine über die Länge des
Rotorblattes verteilt anzunehmende Masse mE(ξ) nach Bild 3 und Gleichung (GL 8) Deutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
lättern durch eine über die Länge des Rotorblattes verteilt anzunehmende Masse mE(ξ) nach Bild 3 und Gleichung (GL 8) zu berücksichtigen. Die Eismasse ist als an der Profilvorderkante des Rotorblattes wirkend anzunehmen. Dabei ist: Bild 3: Eisansatz an Rotorblättern bei Anlagen in Betrieb 8 Einwirkungskombinationen Zur Ermittlung der Beanspruchungen sind die in DIN EN 61400-1 aufgeführ
berücksichtigen. Die Eismasse ist als an der Profilvorderkante des
Rotorblattes wirkend anzunehmen. Dabei ist: Bild 3: Eisansatz an Rotorblättern bDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
leine, ohne Bolzen. Gewicht Länge Größte Profiltiefe Profiltiefe bei 0,9 x Rotordurchmesser Außendurchmesser der Blattwurzel Rotordurchmesser Tabelle 8: Maße und Gewichte eines einzelnen Rotorblattes 5 Maschinenhaus In diesem Abschnitt finden Sie die Maße und Gewichte für das Maschinenhaus und dessen interne Komponenten. Gewichte für Nabe und Rotorblätter sind nicht enthalten. Anlage
rzel Rotordurchmesser Tabelle 8: Maße und Gewichte eines einzelnen
Rotorblattes 5 Maschinenhaus In diesem Abschnitt finden Sie die Maße und GewichtGE Renewable Energy, General Electric Company
, der weltweit größten Organisation der Verbundwerkstoff-Branche, verliehen. Bei sehr großen Rotoren schwankt die Windstärke lokal über deren Fläche. Das übliche Verstellen eines gesamten Rotorblattes , das Pitchen, kann diese Unterschiede nicht ausgleichen. Neben generellen Leistungsschwankungen führt dies zu Belastungen, die die Schadensanfälligkeit erhöhen und die Lebensdauer dieser
ärke lokal über deren Fläche. Das übliche Verstellen eines gesamten
Rotorblattes, das Pitchen, kann diese Unterschiede nicht ausgleichen. Neben geneVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
nlagen zur Luftraumüberwachung beeinträchtigen, wenn sie mit ihren dämpfungs- und verschattungswirksamen Anteilen, z. B. Turm, Gondel, Rotorblattwurzel, das ist etwa das untere Drittel des Rotorblatts , in den Erfassungsbereich der Radaranlagen hineinragen. Das Störpotenzial einer WEA hängt damit unter anderem von deren Nabenhöhe, Größe und Form der Gondel, Höhe des Standorts usw. ab. D
Turm, Gondel, Rotorblattwurzel, das ist etwa das untere Drittel des
Rotorblatts, in den Erfassungsbereich der Radaranlagen hineinragen. Das StörpotBayerische Staatsministerien des Innern, für Bau und Verkehr, für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst, der Finanzen, für Landesentwicklung und Heimat, für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, für Umwelt und Verbraucherschutz, für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten sowie für Gesundheit und Pflege
ind. In einer zu beantragenden zweiten Projektphase sollen sie weiter entwickelt werden. Ergebnisse und Diskussion Nach der Geometrievermessung an fünf Stellen eines gebrauchten LM 37.3p Rotorblatts im Ist-Zustand, wurden Modelle für die aerodynamische Optimierung erstellt. Insgesamt wurden sieben Profile für Windkanaluntersuchungen gebaut. Parallel wurde ein numerisches 3D-Modell de
h der Geometrievermessung an fünf Stellen eines gebrauchten LM 37.3p
Rotorblatts im Ist-Zustand, wurden Modelle für die aerodynamische Optimierung eDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
RECHTS: NAHE DER SPITZE 34 ABBILDUNG 7: DRUCK- UND STRÖMUNGSVERHÄLTNISSE AUF DER SAUGSEITE BEI VERWENDUNG EINES (LINKS) BZW. ZWEIER GRENZSCHICHTZÄUNE (RECHTS) 36 ABBILDUNG 8: GEOMETRIE DES ROTORBLATTS 40 ABBILDUNG 9: VEREINFACHTE ANSTRÖMVERHÄLTNISSE UND LUFTKRÄFTE EINES PROFILQUERSCHNITTS 42 ABBILDUNG 10: ANSTELLWINKEL Α UND PROFILPOLAREN DES ORIGINAL PROFILSCHNITTS 1 ÜBER DIE ZEIT BEI
BZW. ZWEIER GRENZSCHICHTZÄUNE (RECHTS) 36 ABBILDUNG 8: GEOMETRIE DES
ROTORBLATTS 40 ABBILDUNG 9: VEREINFACHTE ANSTRÖMVERHÄLTNISSE UND LUFTKRÄFTE EINDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ERFLÄCHENGITTER FÜR BLATT UND GONDEL. LÄNGENANGABEN BEZOGEN AUF ROTORRADIUS R=39.2M 76 ABBILDUNG 42: STROMLINIENDARSTELLUNG DES VEKTORS AN DER SAUGSEITE (LINKS) UND DRUCKSEITE (RECHTS) DES ROTORBLATTS ; = DIE VORDERKANTE DES ROTORBLATTS IST UNTEN 76 ABBILDUNG 43: STRÖMUNGSVERHÄLTNISSE AN DER GRENZSCHICHT FÜR ROTORBLATT MIT VORGEGEBENEM LAMINAR-TURBULENTEN GRENZSCHICHTÜBERGANG; TURBULENT
UNG DES VEKTORS AN DER SAUGSEITE (LINKS) UND DRUCKSEITE (RECHTS) DES
ROTORBLATTS; = DIE VORDERKANTE DES ROTORBLATTS IST UNTEN 76 ABBILDUNG 43: STRÖMDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
L. LÄNGENANGABEN BEZOGEN AUF ROTORRADIUS R=39.2M 76 ABBILDUNG 42: STROMLINIENDARSTELLUNG DES VEKTORS AN DER SAUGSEITE (LINKS) UND DRUCKSEITE (RECHTS) DES ROTORBLATTS; = DIE VORDERKANTE DES ROTORBLATTS IST UNTEN 76 ABBILDUNG 43: STRÖMUNGSVERHÄLTNISSE AN DER GRENZSCHICHT FÜR ROTORBLATT MIT VORGEGEBENEM LAMINAR-TURBULENTEN GRENZSCHICHTÜBERGANG; TURBULENTE/LAMINARE GRENZSCHICHTEN OBER- BZW
INKS) UND DRUCKSEITE (RECHTS) DES ROTORBLATTS; = DIE VORDERKANTE DES
ROTORBLATTS IST UNTEN 76 ABBILDUNG 43: STRÖMUNGSVERHÄLTNISSE AN DER GRENZSCHICHDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ngsbereich zwischen den zylindrischen Flansch und der Stelle am Rotorblatt, die in diesem Fall S1 entspricht, einen großen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse über einen großen Teil des Rotorblatts haben [Sou11]. Die Einschätzung dieser Effekte ist allerdings nur über CFD-Simulationen möglich, da die Strömung im Bereich der Blattwurzel dreidimensional ist. Der Windkanal ist aber in
en Einfluss auf die Strömungsverhältnisse über einen großen Teil des
Rotorblatts haben [Sou11]. Die Einschätzung dieser Effekte ist allerdings nur üDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
09], der eine vollständige 3D Modellierung ermöglicht. Zu diesem Zweck wurde das 3D Berechnungsgitter eines Modellrotors erzeugt. Mit Hilfe der fünf vermessenen Profilschnitte des LM 37.3p Rotorblatts wurde zuerst ein Raummodell eines Rotorblattes erzeugt. Unter Zuhilfenahme der Software ICEM CFD wurden aus jeweils benachbarten Profilen Blattoberflächen erstellt. Die Formen von Rotorbl
erzeugt. Mit Hilfe der fünf vermessenen Profilschnitte des LM 37.3p
Rotorblatts wurde zuerst ein Raummodell eines Rotorblattes erzeugt. Unter ZuhilDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nde Einschränkungen für die Form der Gondel sowie der Verzicht auf einen Turm im Modell. Durch die Vorgabe einer starren Geometrie konnten ebenfalls keine aeroelastischen Veränderungen des Rotorblatts berücksichtigt werden. Die nächsten Gitterzellen haben einen absoluten Wert von 10-5, sodass y+ zwischen 1 und 3 liegt. In Normalenrichtung liegen etwa zehn Zellen in der Grenzschicht. De
Geometrie konnten ebenfalls keine aeroelastischen Veränderungen des
Rotorblatts berücksichtigt werden. Die nächsten Gitterzellen haben einen absoluDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nächsten Gitterzellen haben einen absoluten Wert von 10-5, sodass y+ zwischen 1 und 3 liegt. In Normalenrichtung liegen etwa zehn Zellen in der Grenzschicht. Der Anstellwinkel (Pitch) des Rotorblatts wurde im Modell mit 5 Grad fest angesetzt. Schließlich sind weder Turbulenz noch vertikale Scherung des Windes im Modell berücksichtigt. Das Modell schließt weitere Vereinfachungen mit ei
etwa zehn Zellen in der Grenzschicht. Der Anstellwinkel (Pitch) des
Rotorblatts wurde im Modell mit 5 Grad fest angesetzt. Schließlich sind weder TDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
iese ist im Modell berücksichtigt. Ebenfalls berücksichtigt ist der Übergang von laminaren zu turbulenten Grenzschichten. Turbulente Grenzschichten erhöhen zwar den Strömungswiderstand des Rotorblatts gegenüber laminaren, allerdings können sie benutzt werden, um auf der Saugseite des Rotorblatts Strömungsabrisse zu verhindern, die sonst Ursache für wesentlich größere Strömungswiderstän
. Turbulente Grenzschichten erhöhen zwar den Strömungswiderstand des
Rotorblatts gegenüber laminaren, allerdings können sie benutzt werden, um auf dDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
rbulenten Grenzschichten. Turbulente Grenzschichten erhöhen zwar den Strömungswiderstand des Rotorblatts gegenüber laminaren, allerdings können sie benutzt werden, um auf der Saugseite des Rotorblatts Strömungsabrisse zu verhindern, die sonst Ursache für wesentlich größere Strömungswiderstände wären. Turbulente Grenzschichten an den Oberflächen von Blatt und Gondel gingen in die Rechnu
aren, allerdings können sie benutzt werden, um auf der Saugseite des
Rotorblatts Strömungsabrisse zu verhindern, die sonst Ursache für wesentlich grDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
el in der ursprünglichen Formulierung gewählt. Bei konvergierendem Lösungsverhalten liefern die CFD-Rechnungen die stationären Werte für das antreibende Drehmoment und die Schubkraft eines Rotorblatts im Rotorzentrum in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit und Rotordrehzahl. Anschaulich bedeutet der Leistungsbeiwert das Verhältnis der Leistungsausbeute des Rotors zur im Wind enthaltene
onären Werte für das antreibende Drehmoment und die Schubkraft eines
Rotorblatts im Rotorzentrum in Abhängigkeit von Windgeschwindigkeit und RotordrDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
verhältnisse am Rotor darzustellen. Insbesondere werden die quer zu den Profilschnitten verlaufenden Radialströmungen erfasst, die in erheblichem Maße die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblatts beeinflussen. Trotz der oben aufgeführten starken Einschränkungen der Simulationsbedingungen ist die Verwendung der 3D-Modellierung dennoch ein geeignetes Mittel, um die komplexen Strömun
fasst, die in erheblichem Maße die aerodynamischen Eigenschaften des
Rotorblatts beeinflussen. Trotz der oben aufgeführten starken Einschränkungen dDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
den. Im Anhang zu diesem Bericht werden die Resultate der Simulation bildlich dargestellt. In Abbildung 42 sind die Strömungsverhältnisse an den Grenzschichten von Saug- und Druckseite des Rotorblatts anhand der Stromliniendarstellung des Reibungsbeiwerts dargestellt, welche die Geschwindigkeitsverläufe an der Oberkante der Grenzschicht widerspiegeln. Insbesondere kennzeichnen die blau
mungsverhältnisse an den Grenzschichten von Saug- und Druckseite des
Rotorblatts anhand der Stromliniendarstellung des Reibungsbeiwerts dargestellt,Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
blauen Bereiche Gebiete mit einer zur Windrichtung stromaufwärts gerichteten Komponente. Als Grenzlinie zwischen blauen und grünen Bereich tritt die Druckpunktlinie auf der Druckseite des Rotorblatts nahe der Vorderkante deutlich hervor. Auf der Saugseite kennzeichnet der blaue Bereich dagegen die Ausdehnung eines Ablösungswirbels. Dieser dehnt sich von der Blattwurzel bis weit in Ric
und grünen Bereich tritt die Druckpunktlinie auf der Druckseite des
Rotorblatts nahe der Vorderkante deutlich hervor. Auf der Saugseite kennzeichneDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
stromlinien im Rotorblattfixierten Koordinatensystem im Abstand ¼ R von der Rotorachse dargestellt. Deutlich wird, dass der blaue Bereich aus Abbildung 42 die Gebiete auf der Saugseite des Rotorblatts kennzeichnet mit nach außen strebenden Verwirbelungen des Luftstroms. Die rechte Darstellung in Abbildung 6 zeigt die Verläufe bei ¾ R im äußeren Bereich des Rotorblatts, wo die Umströmun
der blaue Bereich aus Abbildung 42 die Gebiete auf der Saugseite des
Rotorblatts kennzeichnet mit nach außen strebenden Verwirbelungen des LuftstromDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
der Saugseite des Rotorblatts kennzeichnet mit nach außen strebenden Verwirbelungen des Luftstroms. Die rechte Darstellung in Abbildung 6 zeigt die Verläufe bei ¾ R im äußeren Bereich des Rotorblatts , wo die Umströmung ungestört verläuft. Abbildung 6: Umströmungsverläufe für = ; links: unterer Rotorblattbereich, rechts: nahe der Spitze Als Fazit der Berechnungen mit dem Ausgangs-Roto
ung in Abbildung 6 zeigt die Verläufe bei ¾ R im äußeren Bereich des
Rotorblatts, wo die Umströmung ungestört verläuft. Abbildung 6: UmströmungsverDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
laminar-turbulenten Grenzschichtübergang und entsprechend geringeren Reibungsverlusten sollte damit schon die optimale Energieausbeute gewährleisten. Anders das Bild auf der Saugseite des Rotorblatts : Der Bereich mit Verwirbelungen ist gegenüber dem vollturbulenten Referenzmodell aus Abbildung 42 deutlich auf den inneren Rotorbereich zusammengeschrumpft, d.h. ein reales Rotorblatt mit
Energieausbeute gewährleisten. Anders das Bild auf der Saugseite des
Rotorblatts: Der Bereich mit Verwirbelungen ist gegenüber dem vollturbulenten RDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
l im Folgenden untersucht werden. Dazu wurden die Profilschnitte des Blattes gemäß Abbildung 45 verändert. Der Gurney-Flap verlängert die Profilsehne um 8cm und geht mit der Unterseite des Rotorblatts einen Winkel von 150° ein. Im Modell werden die GurneyFlaps im Abstandsbereich von 45% bis 79% des Rotorradius’ eingesetzt (verdeutlicht durch die dunkle Linie an der Hinterkante der Roto
ap verlängert die Profilsehne um 8cm und geht mit der Unterseite des
Rotorblatts einen Winkel von 150° ein. Im Modell werden die GurneyFlaps im AbstDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
erwirbelungen in Kauf genommen werden müssen. Rotorblattoptimierung durch Einsatz von Grenzschichtzäunen Wie in [Hei08] dargelegt, lässt sich der Verwirbelungsbereich auf der Saugseite des Rotorblatts durch den Einsatz von Grenzschichtzäunen verkleinern. Orientiert an den dortigen Angaben wurden auf der Oberseite des Blatts Grenzschichtzäune mit der in Abbildung 48 skizzierten Geometri
dargelegt, lässt sich der Verwirbelungsbereich auf der Saugseite des
Rotorblatts durch den Einsatz von Grenzschichtzäunen verkleinern. Orientiert anDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
chende räumliche Stromlinienverläufe dargestellt. Die Wirkung des Wirbels besteht darin, die sich in radialer Richtung ausbreitende Ablösewirbel abzuschirmen, sodass im äußeren Bereich des Rotorblatts geringere Widerstandsverluste auftreten. Abschließend ist in Tabelle 8 der prozentuale Anstieg der Lasten gegenüber dem Referenzmodell für die verschiedenen Schnelllaufzahlen dargestellt,
usbreitende Ablösewirbel abzuschirmen, sodass im äußeren Bereich des
Rotorblatts geringere Widerstandsverluste auftreten. Abschließend ist in TabellDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ssung beider Maßnahmen kommt. Insbesondere bei höheren Schnelllaufzahlen wird die Leistung stark herabgesetzt. In der Strömungsdarstellung tritt ein Strömungsabriss über weite Bereiche des Rotorblatts deutlich hervor. Schon die Ergebnisse bei alleinigem Einsatz von Gurney-Flaps erbrachten keinen eindeutigen leistungssteigernden Effekt (Abbildung 44). Damit kann ihr Einsatz in Kombinati
römungsdarstellung tritt ein Strömungsabriss über weite Bereiche des
Rotorblatts deutlich hervor. Schon die Ergebnisse bei alleinigem Einsatz von GuDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
einzelner Profilschnitte nicht berücksichtigt werden kann. Hinsichtlich möglicher Optimierungsmaßnahmen am Rotorblatt ergeben die Simulationen folgende Resultate: - Auf der Druckseite des Rotorblatts sind keine Optimierungsmaßnahmen notwendig. - Auf der Saugseite des Rotorblatts sind Maßnahmen zu Erzeugung eines laminarturbulenten Grenzschichtübergangs im äußeren Rotorblattbereich nah
rgeben die Simulationen folgende Resultate: - Auf der Druckseite des
Rotorblatts sind keine Optimierungsmaßnahmen notwendig. - Auf der Saugseite desDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
er Optimierungsmaßnahmen am Rotorblatt ergeben die Simulationen folgende Resultate: - Auf der Druckseite des Rotorblatts sind keine Optimierungsmaßnahmen notwendig. - Auf der Saugseite des Rotorblatts sind Maßnahmen zu Erzeugung eines laminarturbulenten Grenzschichtübergangs im äußeren Rotorblattbereich nahe der Blattspitze sinnvoll. Dies kann durch Auftragen eines Zackenbands nahe der
sind keine Optimierungsmaßnahmen notwendig. - Auf der Saugseite des
Rotorblatts sind Maßnahmen zu Erzeugung eines laminarturbulenten GrenzschichtübDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
llen Eigenschaften der elf Einzelschnitte wurden anhand des Grundmodells sinnvoll interpoliert. Eine visuelle Darstellung kann der Abbildung 8 entnommen werden. Abbildung 8: Geometrie des Rotorblatts . 6 Anmerkung: Als Grundlage des Blattmodells wurde ein ähnliches Blatt des gleichen Rotorblatttyps bzgl. Länge und Leistung in BLADED verwendet und spezifisch anhand der Messquerschnitte
g kann der Abbildung 8 entnommen werden. Abbildung 8: Geometrie des
Rotorblatts. 6 Anmerkung: Als Grundlage des Blattmodells wurde ein ähnliches BlDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
rflächengitter für Blatt und Gondel. Längenangaben bezogen auf Rotorradius R=39.2m. Abbildung 42: Stromliniendarstellung des Vektors c1 an der Saugseite (links) und Druckseite (rechts) des Rotorblatts ; die Vorderkante des Rotorblatts ist unten. Abbildung 43: Strömungsverhältnisse an der Grenzschicht für Rotorblatt mit vorgegebenem laminar-turbulenten Grenzschichtübergang; turbulente/la
des Vektors c1 an der Saugseite (links) und Druckseite (rechts) des
Rotorblatts; die Vorderkante des Rotorblatts ist unten. Abbildung 43: StrömungsDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
el. Längenangaben bezogen auf Rotorradius R=39.2m. Abbildung 42: Stromliniendarstellung des Vektors c1 an der Saugseite (links) und Druckseite (rechts) des Rotorblatts; die Vorderkante des Rotorblatts ist unten. Abbildung 43: Strömungsverhältnisse an der Grenzschicht für Rotorblatt mit vorgegebenem laminar-turbulenten Grenzschichtübergang; turbulente/laminare Grenzschichten ober- bzw.
(links) und Druckseite (rechts) des Rotorblatts; die Vorderkante des
Rotorblatts ist unten. Abbildung 43: Strömungsverhältnisse an der Grenzschicht Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ersuchungen hinsichtlich der technischen Verringerung der Störgröße des Radarechos bei 2D Radaren reichen von Beeinflussungen von Betriebsrotordrehzahl über Rotorblattform, Materialien des Rotorblatts bis hin zum inneren strukturellen Aufbau des Rotorblatts. Nachdem Windenergieanlagen im Unterschied zu Luftfahrzeugen eine ausgeprägte zeitvariante Radarreflektivität zeigen, die stark du
ungen von Betriebsrotordrehzahl über Rotorblattform, Materialien des
Rotorblatts bis hin zum inneren strukturellen Aufbau des Rotorblatts. Nachdem WDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
Störgröße des Radarechos bei 2D Radaren reichen von Beeinflussungen von Betriebsrotordrehzahl über Rotorblattform, Materialien des Rotorblatts bis hin zum inneren strukturellen Aufbau des Rotorblatts . Nachdem Windenergieanlagen im Unterschied zu Luftfahrzeugen eine ausgeprägte zeitvariante Radarreflektivität zeigen, die stark durch die Rotordrehzahl bestimmt wird, sind große, moderne
rialien des Rotorblatts bis hin zum inneren strukturellen Aufbau des
Rotorblatts. Nachdem Windenergieanlagen im Unterschied zu Luftfahrzeugen eine aDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
Gondel der WEA wird permanent dem Wind nachgeführt, so dass der Rotor immer in die Richtung zeigt, aus der der Wind kommt (Luv-Läufer). Über die sog. Pitch-Steuerung, d.h. die Drehung des Rotorblatts um die Längsachse, wird eine Anpassung der Leistung der Anlage an die aktuelle Windgeschwindigkeit vorgenommen. Nach Überschreiten der Anlaufwindgeschwindigkeit werden die einzelnen Rotor
mt (Luv-Läufer). Über die sog. Pitch-Steuerung, d.h. die Drehung des
Rotorblatts um die Längsachse, wird eine Anpassung der Leistung der Anlage an dQS-Energy GmbH
iderstandbeiwert eines Kreiszylinders in Abhängigkeit von der Reynoldszahl und der Rauhigkeit. Im Rot sind die möglichen Widerstandsbeiwerte für den zylindrischen Teil (Wurzel) des Repower Rotorblatts , und in blau die möglichen Werte für das obere Ende des Turmes, für einen Windgeschwindigkeitsberech von jeweils 3 bis 13,5 m/s. Abbildung angepasst nach (Hucho, 2002). Die in die Abbildu
Widerstandsbeiwerte für den zylindrischen Teil (Wurzel) des Repower
Rotorblatts, und in blau die möglichen Werte für das obere Ende des Turmes, fürDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ichen Rotorblättern. Alle Rotorblatttypen, die Nordex bei der N90/2500 einsetzt, haben Belastungstests oberhalb der Auslegungsgrenze standgehalten. Zudem hat Nordex bei der Entwicklung des Rotorblatts umfangreiche Materialprüfungen durchgeführt. NORDEX-ROTORBLATTKONZEPT. Rotorblattfertigung bei Nordex | Ein N90/2500-Rotorblatt neben kleineren Generationen. Ihre Vorteile auf einen Blick
egungsgrenze standgehalten. Zudem hat Nordex bei der Entwicklung des
Rotorblatts umfangreiche Materialprüfungen durchgeführt. NORDEX-ROTORBLATTKONZENordex
alten. 6.2 Rotorblattverstellung Funktionsprinzip Die Blattverstellung ändert den Anstellwinkel, mit dem die Luft das Blattprofil anströmt. Mit dem Blattwinkel ändert sich der Auftrieb des Rotorblatts und damit auch die Kraft, mit der das Blatt den Rotor dreht. Im normalen Betrieb (Automatikbetrieb) wird der Blattwinkel so eingestellt, dass einerseits die im Wind enthaltene Energie opt
attprofil anströmt. Mit dem Blattwinkel ändert sich der Auftrieb des
Rotorblatts und damit auch die Kraft, mit der das Blatt den Rotor dreht. Im norENERCON GmbH
ichkeit zur Fraktionierung der gewünschten Materialien für ein CFK-Recycling wird im Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) untersucht. Durch eine zielgerichtete Sprengung des Rotorblatts können so verschiedene Bruchstücke für eine Weiterverwendung gewonnen werden. Diese Idee ist neu und wird noch auf ihre praktische und wirtschaftliche Realisierbarkeit untersucht. 8.4 Rep
echnologie (ICT) untersucht. Durch eine zielgerichtete Sprengung des
Rotorblatts können so verschiedene Bruchstücke für eine Weiterverwendung gewonnVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
rhaupt nicht vor. Werden Angaben, etwa zur Zusammensetzung der Rotorblätter, mitgeteilt, sagt das noch nichts über die genaue Produktionsweise oder Verteilung der Materialien innerhalb des Rotorblatts aus. Verständlicherweise haben Unternehmen ein Interesse daran, ihre Betriebsgeheimnisse zu wahren. Dennoch können Daten über Herstellung, Komponenten, Ersatzteile, Produktionsfehler und
enaue Produktionsweise oder Verteilung der Materialien innerhalb des
Rotorblatts aus. Verständlicherweise haben Unternehmen ein Interesse daran, ihrVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
rüh neben dem Schiffsantrieb windbetriebene Schöpf- und Mahlwerke entwickelt. Die ersten Formen von Windmühlen verwendeten ein Windrad mit vertikaler Achse, das durch die vom Wind auf die Rotorblätter ausgeübte Widerstandskraft angetrieben wurde. Diese als Widerstandsläufer bezeichnete Bauform erreichen nur einen geringen Wirkungsgrad von maximal etwa einem Viertel der im Folgenden be
en ein Windrad mit vertikaler Achse, das durch die vom Wind auf die
Rotorblätter ausgeübte Widerstandskraft angetrieben wurde. Diese als WiderstandUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
von La Cour und fortgesetzt durch Windenergiepioniere in Dänemark, Frankreich, USA und Deutschland zwei Konzepte durchgesetzt: Stall und Pitch. In der einfachsten Bauart (Stall) sind die Rotorblätter fest mit der Nabe verbunden (01). Die Drehzahl hält ein direkt an das Netz gekoppelter Asynchrongenerator praktisch konstant. Dabei handelt es sich um einen generatorisch betriebenen, üb
esetzt: Stall und Pitch. In der einfachsten Bauart (Stall) sind die
Rotorblätter fest mit der Nabe verbunden (01). Die Drehzahl hält ein direkt an Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
er Zahl mit 15 bis 20 Meter Rotordurchmesser und einer Leistung von 50 bis 100 kW. In den folgenden zehn Jahren wurde das Konzept zum Aktiv-Stall-Konzept weiterentwickelt. Dazu müssen die Rotorblätter um ihre Längsachse drehbar in der Nabe gelagert sein. Durch ein Verstellen der Rotorblätter um wenige Grad hin zu größeren Anstellwinkeln (Hinterkante in den Wind gedreht) lässt sich dab
s Konzept zum Aktiv-Stall-Konzept weiterentwickelt. Dazu müssen die
Rotorblätter um ihre Längsachse drehbar in der Nabe gelagert sein. Durch ein VeUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
lgenden zehn Jahren wurde das Konzept zum Aktiv-Stall-Konzept weiterentwickelt. Dazu müssen die Rotorblätter um ihre Längsachse drehbar in der Nabe gelagert sein. Durch ein Verstellen der Rotorblätter um wenige Grad hin zu größeren Anstellwinkeln (Hinterkante in den Wind gedreht) lässt sich dabei der Strömungsabriss aktiv beeinflussen und zuverlässig die gewünschte Nennleistung einste
gsachse drehbar in der Nabe gelagert sein. Durch ein Verstellen der
Rotorblätter um wenige Grad hin zu größeren Anstellwinkeln (Hinterkante in den Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
rialspannungen auftreten. Aktuelle Forschungsprojekte setzen daher unter anderem auf die Verbesserung der experimentellen und numerischen Verfahren zur Ermittlung der Auslegungslasten für Rotorblätter , Triebstrang, Pitch- und Giersystem sowie Turm. Außerdem sollen durch individuelle Pitchverstellung und passive Mechanismen, die auf Faserverbundtechnologien basieren, Lasten reduziert u
n und numerischen Verfahren zur Ermittlung der Auslegungslasten für
Rotorblätter, Triebstrang, Pitch- und Giersystem sowie Turm. Außerdem sollen duUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
t, allerdings war die Technik nicht ausgereift: 1988 musste sie wegen Materialschäden nach nur 400 Betriebsstunden wieder abgebaut werden. Circa 90 Prozent der heutigen Anlagen haben drei Rotorblätter . Doch es wurde lange Zeit mit unterschiedlichsten Formen von Windrädern experimentiert. Versuche an Anlagen mit einem Rotorblatt haben gezeigt, dass diese bei hohen Drehgeschwindigkeiten
r abgebaut werden. Circa 90 Prozent der heutigen Anlagen haben drei
Rotorblätter. Doch es wurde lange Zeit mit unterschiedlichsten Formen von WindrLandratsamt Schweinfurt
indgeschwindigkeit ausschlaggebend: Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit bringt ein 8-faches an Leistung. Außerdem ist der Durchmesser der Rotorkreisfläche sehr wichtig. Je länger die Rotorblätter sind, desto größer ist die Angriffsfläche für den Wind. Auch steigt mit der Höhe der Nabe über dem Boden die Windgeschwindigkeit und somit ebenfalls der Ertrag. Rotorfläche einer Windene
st der Durchmesser der Rotorkreisfläche sehr wichtig. Je länger die
Rotorblätter sind, desto größer ist die Angriffsfläche für den Wind. Auch steigLandratsamt Schweinfurt
, dass man sich aufgrund der passiven Windnachführung ein teures System hierzu spart. Der Nachteil sind die entstehenden Lärmemissionen, Leistungsschwankungen sowie starker Verschleiß der Rotorblätter . Rückenwind nutzend: LeeLäufer. Frontwind nutzend: LuvLäufer. Technischer Aufbau einer Windkraftanlage Die gesamte Technik ist in der Gondel untergebracht. Sie ist drehbar auf dem Turm g
Lärmemissionen, Leistungsschwankungen sowie starker Verschleiß der
Rotorblätter. Rückenwind nutzend: LeeLäufer. Frontwind nutzend: LuvLäufer. TechLandratsamt Schweinfurt
riebe ein. Die wichtigsten Teile einer Windkraftanlage sind der Rotor, das Maschinenhaus (Gondel), der Turm mit dem Fundament und die Transformatorstation. Wie funktioniert der Rotor? Die Rotorblätter eines Windrades sind ähnlich geformt wie die Flügel eines Flugzeugs. Strömt der Wind gegen ein Rotorblatt, muss er wegen der gewölbten Form an der Blattoberseite einen längeren Weg zurüc
ament und die Transformatorstation. Wie funktioniert der Rotor? Die
Rotorblätter eines Windrades sind ähnlich geformt wie die Flügel eines FlugzeugLandratsamt Schweinfurt
Blattunterseite entsteht ein Überdruck, sie wird deshalb Druckseite genannt. Das Rotorblatt wird also in Richtung der Blattoberseite gesaugt und dadurch in eine Drehbewegung versetzt. Die Rotorblätter bestehen hauptsächlich aus glas- bzw. kohlefaserverstärkten Kunststoffen und werden auf der Rotornabe montiert. Zu Wartungszwecken befindet sich oberhalb der Rotornabe der N117-Anlagen e
attoberseite gesaugt und dadurch in eine Drehbewegung versetzt. Die
Rotorblätter bestehen hauptsächlich aus glas- bzw. kohlefaserverstärkten KunstsLandratsamt Schweinfurt
b. So lässt die Antriebskraft nach und mit ihr auch die Rotor geschwindigkeit. Bei der Pitch-Regelung (aus dem Englischen „pitch“: Neigungswinkel; Blattwinkelverstellung) dagegen sind die Rotorblätter einzeln steuerbar. Das Blatt kann um seine Längsachse verstellt werden. Bei Sturm werden die Blätter so eingestellt, dass der Wind wirkungslos daran vorbei weht, indem die Vorderkante de
n „pitch“: Neigungswinkel; Blattwinkelverstellung) dagegen sind die
Rotorblätter einzeln steuerbar. Das Blatt kann um seine Längsachse verstellt weLandratsamt Schweinfurt
sind folgende Grundsätze maßgebend: a) Technisches Repowering und eine Erhöhung der bisherigen Anlage um maximal 10 % der bisherigen Anlagenhöhe, die definiert ist als Nabenhöhe inklusive Rotorblätter , lösen keine zusätzliche Landschaftsbildbeeinträchtigung und damit auch keine Kompensationspflicht aus. b) Beträgt die Höhenabweichung im Vergleich zur Altanlage mehr als 10 %, liegt in
r bisherigen Anlagenhöhe, die definiert ist als Nabenhöhe inklusive
Rotorblätter, lösen keine zusätzliche Landschaftsbildbeeinträchtigung und damitBayerische Staatsministerien des Innern, für Bau und Verkehr, für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst, der Finanzen, für Landesentwicklung und Heimat, für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, für Umwelt und Verbraucherschutz, für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten sowie für Gesundheit und Pflege
tärken herzustellen, war auch für die ausführende Gießerei Neuland. Nur wenige Gießereien in Deutschland haben sich bislang auf derart große Werkstücke spezialisiert. Die neu entwickelten Rotorblätter haben eine Länge von 52 m, eine maximale Breite von 6 m und eine Oberfläche von 450 m2 . Die Blätter müssen bei begrenztem Gewicht eine hohe Steifigkeit gegen den anströmenden Wind mitbr
ang auf derart große Werkstücke spezialisiert. Die neu entwickelten
Rotorblätter haben eine Länge von 52 m, eine maximale Breite von 6 m und eine OBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
umfangreiches logistisches Konzept voraus, das bereits in der Bauphase beginnt. Einzelne Komponentengruppen werden am Boden bis zu einem maximalen Gewicht von 110 Tonnen vormontiert. Die Rotorblätter werden auf langen Strecken von Binnenschiffen transportiert. Der Mast wird aus Beton in Ortsbetonbauweise mit Gleitschalung in einem kontinuierlichen Arbeitsprozess über fünf Wochen erri
oden bis zu einem maximalen Gewicht von 110 Tonnen vormontiert. Die
Rotorblätter werden auf langen Strecken von Binnenschiffen transportiert. Der MBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
rundstückseigentümer sollten dabei nicht bevorzugt behandelt werden und ein zukünftiges Repowering der Anlagen soll hierdurch nicht verhindert werden.  Es soll vermieden werden, dass die Rotorblätter über Straßen streichen.  Um ein einheitliches Bild der beiden Windparks zu erreichen, sollen die gestalterischen Festsetzungen der Nachbarbebauungspläne übernommen werden. Insbesondere
durch nicht verhindert werden.  Es soll vermieden werden, dass die
Rotorblätter über Straßen streichen.  Um ein einheitliches Bild der beiden WinSamtgemeinde Thedinghausen
stgesetzt werden. Insbesondere gehören hierzu: − Vorgabe der Farbgebung für die wesentlichen Anlagenteile, − Einheitliche Formgebung der Anlagen im Windpark, − Anzahl und Drehrichtung der Rotorblätter , − aktive und passiver Beleuchtung, − Regelung der Installierung von Werbeanlagen. Abgesehen von den zulässigen Windenergieanlagen, ist es auch für die Nebenanlagen sinnvoll; zumindest h
e Formgebung der Anlagen im Windpark, − Anzahl und Drehrichtung der
Rotorblätter, − aktive und passiver Beleuchtung, − Regelung der Installierung vSamtgemeinde Thedinghausen
en. Für die Tageskennzeichnung werden zwei alternativen genannt. - Zum einen kann bei Anlagen, mit einer Höhe von mehr als 100 m bis einschließlich 150 m über Grund auf die Markierung der Rotorblätter verzichtet werden, wenn im Bereich der Gondel ein weiß blitzendes Feuer angebracht wird und der Mast mit einer 3 m breiten, orang/rot farbigen Ringmarkierung versehen ist. - Zum anderen
ls 100 m bis einschließlich 150 m über Grund auf die Markierung der
Rotorblätter verzichtet werden, wenn im Bereich der Gondel ein weiß blitzendes Samtgemeinde Thedinghausen
reich der Gondel ein weiß blitzendes Feuer angebracht wird und der Mast mit einer 3 m breiten, orang/rot farbigen Ringmarkierung versehen ist. - Zum anderen erfolgt eine Kennzeichnung der Rotorblätter durch einen 6m breiten Farbstreifen. Hierdurch entfallen ein weiterer Farbstreifen im Bereich des Mastes und ein weiß blitzendes Feuer im Bereich der Gondel. Auf diese Tageskennzeichnung
rkierung versehen ist. - Zum anderen erfolgt eine Kennzeichnung der
Rotorblätter durch einen 6m breiten Farbstreifen. Hierdurch entfallen ein weiteSamtgemeinde Thedinghausen
t festgeschrieben. Blinkfeuer „W, rot“ blinkt in einer besonderen Taktfrequenz. Es muß immer doppelt auf dem Maschinenhaus einer Windenergieanlage angebracht werden, um Verdeckungen durch Rotorblätter zu vermeiden. Die photometrische Lichtstärke auf der Gondel beträgt damit mindestens 340 cd. Bezüglich der neuen z.T. noch unausgereiften Nachtkennzeichnungsmöglichkeiten soll auf der Eb
us einer Windenergieanlage angebracht werden, um Verdeckungen durch
Rotorblätter zu vermeiden. Die photometrische Lichtstärke auf der Gondel beträgSamtgemeinde Thedinghausen
n überschritten. Es wurde daher empfohlen mittels einer Abschaltautomatik die Schattendauer entsprechend den Richtwerten zu begrenzen. 8.4 Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigend wirkt
zu begrenzen. 8.4 Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der
Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird dSamtgemeinde Thedinghausen
t. In der Vergangenheit war dieser Effekt bei hochglänzenden Rotoroberflächen aufgetreten. Diese Oberflächengestaltung ist inzwischen verändert worden, es werden nunmehr durchweg nur noch Rotorblätter mit matter Oberfläche mit entsprechend niedrigem Glanzgrad verwendet. Deshalb sind Beeinträchtigungen durch Lichtreflexion nicht zu erwarten. Eine weitere Emissionsform von Windenergiean
st inzwischen verändert worden, es werden nunmehr durchweg nur noch
Rotorblätter mit matter Oberfläche mit entsprechend niedrigem Glanzgrad verwendSamtgemeinde Thedinghausen
ritte Teil, Aufstellung und Inbetriebnahme der Anlagen, kann in ca. zwei Monaten abgeschlossen werden. Hierbei werden die auf einem Tieflader transportierten Anlagenteile Turm, Gondel und Rotorblätter mit Hilfe eines Autokranes auf die Fundamente montiert. Das Herstellen der leitenden Verbindungen und die Inbetriebnahme erfordern keine nennenswerten Außenarbeiten mehr. Der eigentliche
e auf einem Tieflader transportierten Anlagenteile Turm, Gondel und
Rotorblätter mit Hilfe eines Autokranes auf die Fundamente montiert. Das HersteSamtgemeinde Thedinghausen
e landschaftsverändernde Wirkung von Windenergieanlagen resultiert in erster Linie aus der Höhe der baulichen Anlagen, die aber letztlich erst in Verbindung mit der drehenden Bewegung der Rotorblätter dominant werden. Je höher der Mast ist, bezogen auf die Nabe der Rotorachse, desto größer ist im allg. auch der Durchmesser des Rotors. Mit steigender Höhe der Anlage nimmt auch der land
ie aber letztlich erst in Verbindung mit der drehenden Bewegung der
Rotorblätter dominant werden. Je höher der Mast ist, bezogen auf die Nabe der RSamtgemeinde Thedinghausen
en. Somit kann die im Wind enthaltene Energie auch im Teillastbereich immer optimal genutzt werden (ENERCON, 19.08.2015: Technische Beschreibung ENERCON Windenergieanlage E-115 3 MW). Die Rotorblätter der E-115 sind speziell für den Betrieb mit variabler Blattverstellung und variabler Drehzahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf PU-Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinfl
Technische Beschreibung ENERCON Windenergieanlage E-115 3 MW). Die
Rotorblätter der E-115 sind speziell für den Betrieb mit variabler BlattverstelVDH Projektmanagement GmbH
E-115 3 MW). Die Rotorblätter der E-115 sind speziell für den Betrieb mit variabler Blattverstellung und variabler Drehzahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf PU-Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UVStrahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest und zähhart. Die drei Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozesso
ahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf PU-Basis schützt die
Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UVStrahlung und Erosion. Die BeschiVDH Projektmanagement GmbH
elegt. Die Oberflächenbeschichtung auf PU-Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UVStrahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest und zähhart. Die drei Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteuerte Blattverstelleinheiten verstellt. Der eingestellte Blattwinkel wird über je eine Blattwinkelmessung ständig überprüf
Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest und zähhart. Die drei
Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteueVDH Projektmanagement GmbH
ie drei Blattwinkel miteinander synchronisiert. Dies ermöglicht eine schnelle und präzise Einstellung der Blattwinkel entsprechend den vorherrschenden Windverhältnissen (Pitchsystem). Die Rotorblätter der Anlage verfügen über ein integriertes ENERCON Blitzschutzsystem, das mögliche Blitzeinschläge mit hoher Sicherheit schadlos ableitet. Die Ableitung erfolgt durchgängig unter Umgehung
tsprechend den vorherrschenden Windverhältnissen (Pitchsystem). Die
Rotorblätter der Anlage verfügen über ein integriertes ENERCON BlitzschutzsysteVDH Projektmanagement GmbH
ng der Anlage ist galvanisch getrennt aufgebaut und mit Überspannungsableitern versehen. Die Windenergieanlage muss stillgesetzt werden, wenn die Wetterlage die Gefahr einer Vereisung der Rotorblätter hervorruft. Zur Vermeidung des Wegschleuderns von Eis werden von der Betriebsführung Plausibilitätsprüfungen vorgenommen. Meldet die Steuerung ungewöhnliche Vibrationen oder eine zu groß
lgesetzt werden, wenn die Wetterlage die Gefahr einer Vereisung der
Rotorblätter hervorruft. Zur Vermeidung des Wegschleuderns von Eis werden von dVDH Projektmanagement GmbH
gestattet, die dazu dienen, die WEA dauerhaft in einem sicheren Betriebsbereich zu halten:  Not-Halt-Taster (Bei Betätigung eines Not-Halt-Tasters wird die Rotorbremse eingeschaltet. Die Rotorblätter werden notverstellt)  Hauptschalter (In der ENERCON Windenergieanlage sind am Steuerschrank und am Gondelsteuerschrank Hauptschalter verbaut. Sie schalten bei Betätigung fast die gesamt
gung eines Not-Halt-Tasters wird die Rotorbremse eingeschaltet. Die
Rotorblätter werden notverstellt)  Hauptschalter (In der ENERCON WindenergieanVDH Projektmanagement GmbH
ament ist eine Fläche frei zu halten bzw. zu roden. Die Rodungsfläche kann zum Teil nach der Errichtung der Windenergieanlage wieder aufgeforstet werden. Zur Einzelblattmontage müssen die Rotorblätter während des Hubvorganges mittels Seilen und Winden abgespannt und in Position gebracht werden. Die Fixierung der Winden erfolgt am Boden in einer Distanz von ca. 60 bis 100 Metern zur Ro
nlage wieder aufgeforstet werden. Zur Einzelblattmontage müssen die
Rotorblätter während des Hubvorganges mittels Seilen und Winden abgespannt und VDH Projektmanagement GmbH
In Kurven vergrößert sich die Zuwegungsbreite. Maßgebend für die Dimensionierung ist hierbei die längste Transportkombination mit einer Gesamtlänge von 56 m für die Anlieferung der E-115 Rotorblätter . So sind im Speziellen folgende Maße für Radien und Überschwenkbereiche konstruktiv zu beachten und im Baufeld zu realisieren: Abbildung 2: Kurvenradien 90 Grad Quelle: ENERCON, 16.06.20
nation mit einer Gesamtlänge von 56 m für die Anlieferung der E-115
Rotorblätter. So sind im Speziellen folgende Maße für Radien und ÜberschwenkberVDH Projektmanagement GmbH
emissionen Der Betrieb der Windenergieanlagen kann in der Umgebung Störwirkungen durch Lichtimmissionen bei Sonnenschein verursachen und zu Lichtreflexionen bzw. direktem Schattenwurf der Rotorblätter führen. Die Immissionen wurden in einem Schattenwurfgutachten ermittelt (IEL GmbH: Berechnung der Schattenwurfdauer für fünf Windenergieanlagen am Standort Peterberg. Aurich, 05.07.2016)
verursachen und zu Lichtreflexionen bzw. direktem Schattenwurf der
Rotorblätter führen. Die Immissionen wurden in einem Schattenwurfgutachten ermiVDH Projektmanagement GmbH
in einem Schattenwurfgutachten ermittelt (IEL GmbH: Berechnung der Schattenwurfdauer für fünf Windenergieanlagen am Standort Peterberg. Aurich, 05.07.2016). Durch die matten Anstriche der Rotorblätter werden Lichtreflexionen (sog. Discoeffekt) vermieden. Die Untersuchung bezieht sich auf den Zeitpunkt und die Dauer einer möglichen Beeinträchtigung durch Schattenwurf des drehenden Roto
dort Peterberg. Aurich, 05.07.2016). Durch die matten Anstriche der
Rotorblätter werden Lichtreflexionen (sog. Discoeffekt) vermieden. Die UntersucVDH Projektmanagement GmbH
durch den Einsatz von technischen Schutzvorkehrungen unwahrscheinlich. Durch das Drehen der Rotoren wird zudem ein visueller Reiz ausgelöst. Im von der Sonne abgewandten Bereich lösen die Rotorblätter einen sogenannten Schattenwurf aus. Die Gesamthöhe der WEA liegt über 100 m, wodurch eine Pflicht zur Kennzeichnung durch eine sogenannte Befeuerung notwendig wird. Diese führt oftmals z
ller Reiz ausgelöst. Im von der Sonne abgewandten Bereich lösen die
Rotorblätter einen sogenannten Schattenwurf aus. Die Gesamthöhe der WEA liegt üVDH Projektmanagement GmbH
6.6). Weiterhin werden potenzielle betriebsbedingte Wirkfaktoren für den Menschen durch Lichtreflexionen und Schattenwurf ausgelöst. Zusätzlich kann es theoretisch durch die Rotation der Rotorblätter zu Eiswurf und einer Abriegelung von Belüftungsschneisen kommen. Durch die Anlagen können die Sichtbeziehungen zu naturraumtypischen Besonderheiten gestört werden. 5.4 Auswirkungen bei S
rf ausgelöst. Zusätzlich kann es theoretisch durch die Rotation der
Rotorblätter zu Eiswurf und einer Abriegelung von Belüftungsschneisen kommen. DVDH Projektmanagement GmbH
spezielles Blitzschutzsystem, das die Blitze sicher ins Erdreich ableitet. Es gibt keine negativen Auswirkungen auf das öffentliche Stromnetz oder die Umgebung der Windenergieanlagen. Die Rotorblätter der Anlage verfügen über ein integriertes ENERCON Blitzschutzsystem (GFK/Epoxidharz mit integriertem Blitzschutz), das mögliche Blitzeinschläge mit hoher Sicherheit schadlos ableitet. Di
öffentliche Stromnetz oder die Umgebung der Windenergieanlagen. Die
Rotorblätter der Anlage verfügen über ein integriertes ENERCON BlitzschutzsysteVDH Projektmanagement GmbH
en sich im Maschinenträger, der die gesamte Ölmenge aufnehmen kann, zusätzlich sind unter den Azimutantrieben Ölauffangwannen montiert.  Blattverstellung: Über 3 Pitchgetriebe werden die Rotorblätter der E-115 mit je einem Pitchmotor verstellt. Die Pitchgetriebe sind mit nur 6 l Getriebeöl befüllt. Die gesamte Gondel und der Rotorkopf sind mit einer Aluminiumverkleidung gekapselt, so
annen montiert.  Blattverstellung: Über 3 Pitchgetriebe werden die
Rotorblätter der E-115 mit je einem Pitchmotor verstellt. Die Pitchgetriebe sinVDH Projektmanagement GmbH
in einem Schattenwurfgutachten ermittelt (IEL GmbH: Berechnung der Schattenwurfdauer für fünf Windenergieanlagen am Standort Peterberg. Aurich, 05.07.2016). Durch die matten Anstriche der Rotorblätter werden Lichtreflexionen (sog. Discoeffekt) vermieden. Die Untersuchung bezieht sich auf den Zeitpunkt und die Dauer einer möglichen Beeinträchtigung durch Schattenwurf des drehenden Roto
dort Peterberg. Aurich, 05.07.2016). Durch die matten Anstriche der
Rotorblätter werden Lichtreflexionen (sog. Discoeffekt) vermieden. Die UntersucVDH Projektmanagement GmbH
den Anlagen, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen, durch einen speziellen, lichtabsorbierenden Anstrich nicht relevant. Zur Vermeidung von Lichtreflexionen sind bei den WEA die Rotorblätter sowie das Gehäuse der Maschine mit einem matten Grauton beschichtet. 6.6.4 Eiswurf Eisansatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhten Gefährdun
relevant. Zur Vermeidung von Lichtreflexionen sind bei den WEA die
Rotorblätter sowie das Gehäuse der Maschine mit einem matten Grauton beschichteVDH Projektmanagement GmbH
Es können verschiedene Maßnahme ergriffen werden, um diese Gefährdung zu reduzieren. Die Windenergieanlagen müssen stillgesetzt werden, wenn die Wetterlage die Gefahr einer Vereisung der Rotorblätter hervorruft. Zur Vermeidung des Wegschleuderns von Eis werden von der Betriebsführung Plausibilitätsprü- fungen vorgenommen. Meldet die Steuerung ungewöhnliche Vibrationen oder eine zu gr
lgesetzt werden, wenn die Wetterlage die Gefahr einer Vereisung der
Rotorblätter hervorruft. Zur Vermeidung des Wegschleuderns von Eis werden von dVDH Projektmanagement GmbH
gemäß den vom LAI empfohlenen Beurteilungskriterien zu begrenzen. Es sind folgende Maßnahmen bezüglich der Lichtreflexionen erforderlich:  Zur Vermeidung von Lichtreflexionen werden die Rotorblätter mit einem matten Anstrich versehen. 8.1.7 Landschaft  Aufstellung der WEA möglichst nicht in einer Reihe, sondern flächenhaft konzentriert  Verwendung dreiflügeliger Rotoren  Übereins
onen erforderlich:  Zur Vermeidung von Lichtreflexionen werden die
Rotorblätter mit einem matten Anstrich versehen. 8.1.7 Landschaft  AufstellungVDH Projektmanagement GmbH
erfüllt die wichtigsten Voraussetzungen für eine hochwertige Anlage. Es sind u. a. das innovative gestalterische Konzept der Gesamtanlage, die spezielle strömungsmechanische Auslegung der Rotorblätter , das naturnahe Design, der speziell entwickelte hochpolige PM Generator, das geringes Transport- und Montagegewicht und die präzise Fertigung der Bauteile. Windkraftanlage H180, Leeläufe
der Gesamtanlage, die spezielle strömungsmechanische Auslegung der
Rotorblätter, das naturnahe Design, der speziell entwickelte hochpolige PM GeneDEWI Magazin Nr. 28, 02/2006
file aus der Flugzeugindustrie. Die Optimierung dieser Profile wurde lange Zeit vernachlässigt. Dieses Projekt will auf Basis von Untersuchungen im Windkanal Methoden entwickeln, um diese Rotorblätter im Rahmen von Reparaturen zu optimieren. Durch eine solche aerodynamische Optimierung können im Idealfall Ertragsverbesserungen von 5% erreicht werden. Entsprechend erhöht sich der Beitr
Basis von Untersuchungen im Windkanal Methoden entwickeln, um diese
Rotorblätter im Rahmen von Reparaturen zu optimieren. Durch eine solche aerodynDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
.2013) - Vortrag auf der DFMRS Tagung „Windenergie“ (07.11.2013) Fazit Die erste Phase des Projektes zeigt, dass die ausgewählten Arbeitsmethoden geeignet sind, um unbekannte, gebrauchte Rotorblätter im Hinblick auf eine Ertragssteigerung zu optimieren. Die gewählten Modifikationen sind direkt vor Ort im Rahmen von Reparaturarbeiten implementierbar, mit entsprechender Kostenersparnis
sgewählten Arbeitsmethoden geeignet sind, um unbekannte, gebrauchte
Rotorblätter im Hinblick auf eine Ertragssteigerung zu optimieren. Die gewählteDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
uzierte Frequenz - Reynolds-Zahl - Cp Leistungsbeiwert Schubbeiwert Drehmomentbeiwert Ρ Standard Dichte = 1,2251 [kg/m3] Λ Schnelllaufzahl Zusammenfassung Das Projekt hatte zum Ziel, für Rotorblätter an bestehenden, älteren Windenergieanlagen Modifikationen zu entwickeln, die im Zuge von routinemäßigen Reparaturen vorgenommen werden können und durch die eine deutliche Steigerung des
Λ Schnelllaufzahl Zusammenfassung Das Projekt hatte zum Ziel, für
Rotorblätter an bestehenden, älteren Windenergieanlagen Modifikationen zu entwiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
lage erreicht wird. Dadurch wird der Beitrag zum Klimaschutz der einzelnen WEA gesteigert, ohne neuen Zubau zu generieren. Außerdem machen die Optimierungen es möglich, die ursprünglichen Rotorblätter so lange wie möglich bei gesteigerten Erträgen zu nutzen, was im Gegensatz zur Ersetzung durch völlig neue Rotorblätter sehr materialsparend und damit im Vergleich umweltfreundlich ist.
n. Außerdem machen die Optimierungen es möglich, die ursprünglichen
Rotorblätter so lange wie möglich bei gesteigerten Erträgen zu nutzen, was im GDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
n. Außerdem machen die Optimierungen es möglich, die ursprünglichen Rotorblätter so lange wie möglich bei gesteigerten Erträgen zu nutzen, was im Gegensatz zur Ersetzung durch völlig neue Rotorblätter sehr materialsparend und damit im Vergleich umweltfreundlich ist. Diese Modifikationen machen vor allem bei WEA Sinn, die sich nicht fürs Repowering eignen. Dies sind vor allem Anlagen d
rträgen zu nutzen, was im Gegensatz zur Ersetzung durch völlig neue
Rotorblätter sehr materialsparend und damit im Vergleich umweltfreundlich ist. Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
desstiftung Umwelt vorgelegt. Als Ergänzung zum ursprünglichen Scope des Antrags sollte im Rahmen der Modifikation der Profile auch auf eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Rotorblätter hingewirkt werden, da sich die Lärmbelastung durch Windenergieanlagen als ein wiederkehrendes Argument bei Akzeptanzdiskussionen über die Windenergie erwiesen hat. Antragssteller ist die
rofile auch auf eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften der
Rotorblätter hingewirkt werden, da sich die Lärmbelastung durch WindenergieanlaDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
So haben WEA älterer Bauweise oft Rotorblattprofile, die für die Flugzeugindustrie entwickelt und nicht speziell für den Einsatz an Windenergieanlagen optimiert wurden. Häufig beruhen die Rotorblätter dieser Windenergieanlagengeneration auf sogenannten NACA-Profilen. Die NACA, die Vorgängerinstitution der heutigen NASA, entwickelte ab den 30er Jahren eine Serie von 2D-Querschnitten vo
Einsatz an Windenergieanlagen optimiert wurden. Häufig beruhen die
Rotorblätter dieser Windenergieanlagengeneration auf sogenannten NACA-Profilen.Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Deutschland sechs Jahre und älter [RW12]. An diesen Windenergieanlagen werden zunehmend Reparaturen notwendig. Im Verlauf von Reinigungs- und Wartungsarbeiten besteht die Möglichkeit, die Rotorblätter so zu modifizieren, dass sie einen höheren Energieertrag erwirtschaften. Dadurch verbessert sich nicht nur die wirtschaftliche Situation der Betreiber, sondern auch der Beitrag der einze
f von Reinigungs- und Wartungsarbeiten besteht die Möglichkeit, die
Rotorblätter so zu modifizieren, dass sie einen höheren Energieertrag erwirtschDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
essert sich nicht nur die wirtschaftliche Situation der Betreiber, sondern auch der Beitrag der einzelnen WEA zum Klimaschutz steigt. Ziel des Projektes ist es zu untersuchen, ob sich die Rotorblätter von derzeit aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbessern lassen und wenn ja, in welcher Form dies geschehen kann. Es soll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes P
chutz steigt. Ziel des Projektes ist es zu untersuchen, ob sich die
Rotorblätter von derzeit aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbesseDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
tionen zur Optimierung zu entwickeln und durch eine erste Abschätzung zu bewerten, ob diese Modifikationen den Ertrag steigern können und sich im Rahmen der bestehenden Zertifizierung der Rotorblätter wirtschaftlich umsetzen lassen. In der zweiten Projektphase sollen die Modifikationen weiter optimiert werden und ihre Wirkung weitreichend untersucht werden. Ein weiteres Ziel neben der
eigern können und sich im Rahmen der bestehenden Zertifizierung der
Rotorblätter wirtschaftlich umsetzen lassen. In der zweiten Projektphase sollenDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nen Zertifizierer soll abschließend die Übereinstimmung der Maßnahmen mit dem bestehenden Typenzertifikat bestätigt werden. Am Ende des Projektes soll ein Set Add-ons zur Modifikation der Rotorblätter stehen, die im Rahmen von Reparaturarbeiten an das Rotorblatt aufgebracht werden können und zu einer Ertragssteigerung von um die 5% führen. Besonders geeignet für ein solches Vorhaben s
en. Am Ende des Projektes soll ein Set Add-ons zur Modifikation der
Rotorblätter stehen, die im Rahmen von Reparaturarbeiten an das Rotorblatt aufgDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Guard Engineering vermessen werden, um so den Ist-Zustand in Bezug auf die aerodynamischen Eigenschaften des Rotorblattes aufzunehmen. Dieses Vorgehen war notwendig, da die Hersteller der Rotorblätter die Konstruktionsdaten der Blätter nicht offen legen. Zusätzlich zur Vermessung der Profile im Windkanal in Bremerhaven wurden die Profile auch noch im Windkanal der Universität Oldenbur
s aufzunehmen. Dieses Vorgehen war notwendig, da die Hersteller der
Rotorblätter die Konstruktionsdaten der Blätter nicht offen legen. Zusätzlich zDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
zu können (Vgl. Abbildung 26 und Abbildung 27). Ergebnisse AP 1a – Vermessung des aerodynamischen Ist-Zustandes Hauptziel des ersten Arbeitspaketes war die Aufnahme des Ist-Zustandes der Rotorblätter . Dieses Ziel wurde durch die umfangreiche Vermessung der Profilmodelle im Windkanal erreicht. Alle fünf Profile wurden einzeln aerodynamisch und akustisch (vgl. AP 2) vermessen. Abbildun
el des ersten Arbeitspaketes war die Aufnahme des Ist-Zustandes der
Rotorblätter. Dieses Ziel wurde durch die umfangreiche Vermessung der ProfilmodDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
rch die Entwicklung von Optimierungsmaßnahmen soll der Leistungsertrag der WEA gesteigert werden. Ein Nebeneffekt dabei ist eine Reduktion der Drehzahl im Nennleistungsbereich. Optimierte Rotorblätter führen dazu, dass die Windenergieanlage nicht so schnell drehen muss, um dieselbe Leistung zu erreichen. Dafür wurden anhand des vermessenen Ist-Zustand des Rotorblattes Bereiche für ein
ist eine Reduktion der Drehzahl im Nennleistungsbereich. Optimierte
Rotorblätter führen dazu, dass die Windenergieanlage nicht so schnell drehen muDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nicht mehr in Erwägung gezogen. Zum einen ließ die Vermessung des Ist-Zustandes darauf schließen, dass dies nicht nötig ist. Zum anderen wäre diese Modifikation nur durch einen Abbau der Rotorblätter umzusetzen. Dies sollte vermieden werden. Maßnahmen zur akustischen Optimierung Ein Ansatzpunkt für die akustische Optimierung des Rotorblattes ist die Neupositionierung der bereits vorh
ist. Zum anderen wäre diese Modifikation nur durch einen Abbau der
Rotorblätter umzusetzen. Dies sollte vermieden werden. Maßnahmen zur akustischeDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
der Vermessung des Ist-Zustandes (vgl. AP 1) unter Berücksichtigung der gängigen Literatur zeigen, dass der ökonomischste, schnellste und erfolgversprechendste Weg zur Optimierung dieser Rotorblätter im Anbau bzw. in der Neupositionierung von aerodynamischen Hilfsmitteln besteht. Folgende Optimierungsmaßnahmen wurden konkret für die Simulation in AP 4 vorgeschlagen: - Einbauten an de
te, schnellste und erfolgversprechendste Weg zur Optimierung dieser
Rotorblätter im Anbau bzw. in der Neupositionierung von aerodynamischen HilfsmiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ichtzäunen verkleinern. Orientiert an den dortigen Angaben wurden auf der Oberseite des Blatts Grenzschichtzäune mit der in Abbildung 48 skizzierten Geometrie eingebaut. Untersucht wurden Rotorblätter mit einem bzw. zwei Grenzschichtzäunen im Abstand von 20% bzw. 33% des Rotorradius’ zur Rotorachse, wie im AP3 schon beschrieben, in der Nähe von S1. Abbildung 49 zeigt die Ergebnisse be
in Abbildung 48 skizzierten Geometrie eingebaut. Untersucht wurden
Rotorblätter mit einem bzw. zwei Grenzschichtzäunen im Abstand von 20% bzw. 33%Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
die den Abbau des Rotorblattes oder die Installation eines völlig neuen Rotorblattes beinhalten würden, als gering einzuschätzen ist. Für die Montage der Anbaukomponenten wurden für drei Rotorblätter etwa 75 Arbeitsstunden á 215,00 €/h angesetzt. Es ist damit zu rechnen, dass zusätzliche Kosten für die Demontage von bereits vorhandenen aerodynamischen Hilfsmitteln anfallen, wofür noc
uschätzen ist. Für die Montage der Anbaukomponenten wurden für drei
Rotorblätter etwa 75 Arbeitsstunden á 215,00 €/h angesetzt. Es ist damit zu recDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
he Kosten für die Demontage von bereits vorhandenen aerodynamischen Hilfsmitteln anfallen, wofür nochmals rund 25 Arbeitsstunden angesetzt werden. Hinzu kämen Kosten für die Fertigung der Rotorblätter und die Miete der Hebebühne, sodass alles in allem mit Gesamtkosten von etwa 31.000,-€ zu rechnen wäre. Zum Vergleich: die Kosten für die Demontage eines kompletten Rotors eine WEA mit 8
sstunden angesetzt werden. Hinzu kämen Kosten für die Fertigung der
Rotorblätter und die Miete der Hebebühne, sodass alles in allem mit GesamtkosteDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
en An- und Abbau des Rotors Kosten in Höhe von 70.000,-€ anfallen würden. Mit steigender Nabenhöhe steigen zudem auch die Kosten weiter an. Dadurch bleibt das Verfahren ohne Demontage der Rotorblätter im Verhältnis relativ kostengünstig. Vergleicht man den zu erwartenden finanziellen Aufwand mit den zu erwartenden Ertragssteigerungen durch die Modifikation, kann das Verfahren als wirt
e Kosten weiter an. Dadurch bleibt das Verfahren ohne Demontage der
Rotorblätter im Verhältnis relativ kostengünstig. Vergleicht man den zu erwarteDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
eistungskurve, Pitchregelung, Sicherheitskonzept, etc.) kombiniert. Die DWO verwendet für diese Berechnung die Software BLADED der Firma Garrad Hassan. Die aerodynamische Manipulation der Rotorblätter und deren Auswirkungen wurden in den vorangegangenen Arbeitspaketen rechnerisch bewertet, in eine Modellform überführt und durch Messungen im Windkanal bewertet. Es erfolgte stets ein Ve
BLADED der Firma Garrad Hassan. Die aerodynamische Manipulation der
Rotorblätter und deren Auswirkungen wurden in den vorangegangenen ArbeitspaketeDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
verhältnis von 104:1 und einem Drehzahlvariablen 1,5 MW Generator. Der Betriebsbereich beginnt ab einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s und dreht ab einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die Rotorblätter mit einem Pitchwinkel ϑ = 90 ° in Fahnenstellung aus dem Wind. Nennleistung 1.5 MW Rotordurchmesser 77.1 m Anzahl der Rotorblätter 3 - Nabenhöhe 61.5 m Turmhöhe 60 m Rotorüberhang 3.7 m
eit von 4 m/s und dreht ab einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die
Rotorblätter mit einem Pitchwinkel ϑ = 90 ° in Fahnenstellung aus dem Wind. NeDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
s und dreht ab einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die Rotorblätter mit einem Pitchwinkel ϑ = 90 ° in Fahnenstellung aus dem Wind. Nennleistung 1.5 MW Rotordurchmesser 77.1 m Anzahl der Rotorblätter 3 - Nabenhöhe 61.5 m Turmhöhe 60 m Rotorüberhang 3.7 m Rotationale Drehrichtung Uhrzeigersinn - Übertragung Getriebe - Aerodynamische Kontrolle Pitch - Fixe / Variable Geschwindigkeit Va
s dem Wind. Nennleistung 1.5 MW Rotordurchmesser 77.1 m Anzahl der
Rotorblätter 3 - Nabenhöhe 61.5 m Turmhöhe 60 m Rotorüberhang 3.7 m RotationaleDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ordex, Fuhrländer und Repower), s. Anhang. Bewertung der Ergebnisse des Gesamtprojekts im Hinblick auf die ursprüngliche Zielsetzung Ziel des Projektes war es, zu untersuchen ob sich die Rotorblätter von derzeit aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbessern lassen und wenn ja, in welcher Form dies geschehen kann. Es soll mit ökonomisch sinnvollem Aufwand ein verbessertes P
e Zielsetzung Ziel des Projektes war es, zu untersuchen ob sich die
Rotorblätter von derzeit aufgestellten Windenergieanlagen nachträglich verbesseDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
erhöhten Auftrieb kompensiert werden kann. Negative Einflüsse auf die Festigkeit der Profile konnten auch in der Lastsimulation nicht festgestellt werden. Eine akustische Optimierung der Rotorblätter durch die Modifizierungen – auch wenn sie nicht Bestandteil des Antrags dieser Projektphase war – scheint in diesem Zusammenhang eine sinnvolle Ergänzung darzustellen, da sie die Akzepta
mulation nicht festgestellt werden. Eine akustische Optimierung der
Rotorblätter durch die Modifizierungen – auch wenn sie nicht Bestandteil des AnDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
att-Außenbereich sinnvoll und kann ohne negative Einwirkungen auf die erzeugte Leistung implementiert werden. Eine Neu-Zertifizierung ist ebenfalls nicht notwendig, wenn die modifizierten Rotorblätter weniger Schall erzeugen als die unmodifizierten. Die Zusammenarbeit der Projektpartner hat sich bewährt und soll auch in einer zweiten Projektphase aufrechterhalten werden. Ausführliche
ertifizierung ist ebenfalls nicht notwendig, wenn die modifizierten
Rotorblätter weniger Schall erzeugen als die unmodifizierten. Die ZusammenarbeiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
uf ein bestehendes Rotorblatt geklebt werden, ist diese Methode im Vergleich mit einem Rotorblatt-Neubau oder einer Strukturänderung sehr materialsparend. Da bei einer Ersetzung der alten Rotorblätter durch neue Rotorblätter nicht nur das Material für das neue Rotorblatt in Betracht gezogen werden muss, sondern auch die Entsorgungskosten für die alten Blätter, die – da sie aus GFK gef
kturänderung sehr materialsparend. Da bei einer Ersetzung der alten
Rotorblätter durch neue Rotorblätter nicht nur das Material für das neue RotorbDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
blatt geklebt werden, ist diese Methode im Vergleich mit einem Rotorblatt-Neubau oder einer Strukturänderung sehr materialsparend. Da bei einer Ersetzung der alten Rotorblätter durch neue Rotorblätter nicht nur das Material für das neue Rotorblatt in Betracht gezogen werden muss, sondern auch die Entsorgungskosten für die alten Blätter, die – da sie aus GFK gefertigt sind – zum Sonder
alsparend. Da bei einer Ersetzung der alten Rotorblätter durch neue
Rotorblätter nicht nur das Material für das neue Rotorblatt in Betracht gezogenDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
oduktionsreihe wiegt immerhin 5,9t, sodass bei einem Austausch aller Blätter 17,7t Sondermüll anfallen würden. Es ist daher sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll, die bestehenden Rotorblätter so lange wie möglich zu nutzen. Die Montage ist mittels einer gängigen Arbeitsbühne im Rahmen von Reinigungs- oder Wartungsarbeiten an den Rotorblättern möglich. Die teuren Kosten für Kr
her sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll, die bestehenden
Rotorblätter so lange wie möglich zu nutzen. Die Montage ist mittels einer gängDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
r Wartungsarbeiten an den Rotorblättern möglich. Die teuren Kosten für Kran und Transport entfallen somit (für konkrete Zahlen, vgl. AP 5). Dadurch bleibt das Verfahren ohne Demontage der Rotorblätter im Verhältnis relativ kostengünstig. Ein weiterer Vorteil besteht daran, dass die Optimierung vor Ort relativ einfach durch einige Variationen in der Anbringung der Hilfsmittel auf den S
Zahlen, vgl. AP 5). Dadurch bleibt das Verfahren ohne Demontage der
Rotorblätter im Verhältnis relativ kostengünstig. Ein weiterer Vorteil besteht Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ine eventuelle zweite Projektphase nur begrenzt erfolgen sollte. Fazit Die erste Phase des Projektes zeigt, dass die ausgewählten Arbeitsmethoden geeignet sind, um unbekannte, gebrauchte Rotorblätter im Hinblick auf eine Ertragssteigerung zu optimieren. Die Messsysteme im Windkanal können sowohl aerodynamische als auch akustische Veränderungen an den Profilen erfassen, bewerten und l
sgewählten Arbeitsmethoden geeignet sind, um unbekannte, gebrauchte
Rotorblätter im Hinblick auf eine Ertragssteigerung zu optimieren. Die MesssystDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
r Größe der Anlage im Sinne der Nennleistung: Also wie viel Megawatt Strom eine Windenergieanlage theoretisch erzeugen kann. Die größten Kostenanteile einer Anlage machen der Turm und die Rotorblätter aus. Vereinfachend lässt sich bei großen Anlagen über 1 MW mit Investitionskosten von rund 1.000 € pro kW rechnen, bei kleineren ist mit Kosten von bis zu 2.500 € pro kW auszugehen. Eine
ann. Die größten Kostenanteile einer Anlage machen der Turm und die
Rotorblätter aus. Vereinfachend lässt sich bei großen Anlagen über 1 MW mit InvUnabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
nzipiert. Rotorblätter Die B55-Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (Epoxidharz) werden nach dem von Siemens geschützten IntegralBlade®-Verfahren hergestellt. Dabei werden die Rotorblätter in einem Stück gefertigt und somit Schwachstellen an Klebefugen vermieden. Die Rotorblätter werden an den Pitchlagern befestigt und können zum Abbremsen der Anlage um 80 Grad verdreht we
geschützten IntegralBlade®-Verfahren hergestellt. Dabei werden die
Rotorblätter in einem Stück gefertigt und somit Schwachstellen an Klebefugen veSiemens AG
werden nach dem von Siemens geschützten IntegralBlade®-Verfahren hergestellt. Dabei werden die Rotorblätter in einem Stück gefertigt und somit Schwachstellen an Klebefugen vermieden. Die Rotorblätter werden an den Pitchlagern befestigt und können zum Abbremsen der Anlage um 80 Grad verdreht werden. Jedes Rotorblatt ist dazu mit einem eigenen unabhängigen Verstellmechanismus ausgerüst
ück gefertigt und somit Schwachstellen an Klebefugen vermieden. Die
Rotorblätter werden an den Pitchlagern befestigt und können zum Abbremsen der ASiemens AG
indgeschwindigkeit nimmt die abgegebene Leistung annähernd linear zu, bis die WEA bei ca. 12 bis 13 m/s ihre Nennleistung erreicht und die Leistungsregelung einsetzt. Durch Verstellen der Rotorblätter wird die Windenergieanlage bei mittleren Windgeschwindigkeiten oberhalb der Abschaltwindgeschwindigkeit gestoppt. Wenn die Windgeschwindigkeit auf einen Wert unterhalb der Wiedereinschal
g erreicht und die Leistungsregelung einsetzt. Durch Verstellen der
Rotorblätter wird die Windenergieanlage bei mittleren Windgeschwindigkeiten obeSiemens AG
nzeichnung gemäß der AVV NfL l- 143/07 vom 24.05.2007 in Verbindung mit der AVV BAnz AT 01.09.2015 B4 zu versehen und als Luftfahrthindernis zu veröffentlichen. 1.1 Tageskennzeichnung Die Rotorblätter der Windkraftanlagen sind weiß oder grau auszuführen. Im äußeren Bereich sind sie durch drei Farbfelder von je 6 m Länge a) außen beginnend mit 6 m orange - 6 m weiß - 6 m orange oder b)
s Luftfahrthindernis zu veröffentlichen. 1.1 Tageskennzeichnung Die
Rotorblätter der Windkraftanlagen sind weiß oder grau auszuführen. Im äußeren BLandkreis Hameln-Pyrmont
(bei Gittermasten 6 m) beginnend in 40 ± 5 m Höhe über Grund/ Wasser eingesetzt werden. In diesem Falle kann auf die Einfärbung (orange/rot) des Maschinenhauses und die Kennzeichnung der Rotorblätter verzichtet werden und die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zu 50 m überragen. Sollte zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der Rotorblätter angebracht wer
nfärbung (orange/rot) des Maschinenhauses und die Kennzeichnung der
Rotorblätter verzichtet werden und die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zLandkreis Hameln-Pyrmont
nnzeichnung der Rotorblätter verzichtet werden und die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zu 50 m überragen. Sollte zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der Rotorblätter angebracht werden, bestehen für den Abstand zwischen Tagesfeuer und Rotorblattspitze keine Beschränkungen. 1.2 Nachtkennzeichnung Die Nachtkennzeichnung erfolgt durch Hindernisfeuer, Hin
zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der
Rotorblätter angebracht werden, bestehen für den Abstand zwischen Tagesfeuer unLandkreis Hameln-Pyrmont
ernisbefeuerungsebene(n) am Turm erforderlich. Dabei müssen aus jeder Richtung mindestens zwei Hindernisfeuer sichtbar sein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuer W, rot ES, ist durch Anzahl und Anordnung der Feuer entgegenzuwirken. Die Hindernisbefeuerungsebenen sind wie folgt anzubringen:
ein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende
Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuer W, rot ELandkreis Hameln-Pyrmont
rhindern kann. Lichtimmissionen Die Lichtimmissionen stören möglicherweise das Gesamtbild des unter Denkmalschutz stehenden Schloss Hämelschenburg. Es werden allerdings keine beleuchteten Rotorblätter verbaut. Außerdem wird der sogenannte Disco-Effekt als Belästigung empfunden. Durch die Verwendung spezieller Farbanstriche der Rotorblätter wird dieser Effekt, der durch wechselnde Lich
den Schloss Hämelschenburg. Es werden allerdings keine beleuchteten
Rotorblätter verbaut. Außerdem wird der sogenannte Disco-Effekt als BelästigungLandkreis Hameln-Pyrmont
nburg. Es werden allerdings keine beleuchteten Rotorblätter verbaut. Außerdem wird der sogenannte Disco-Effekt als Belästigung empfunden. Durch die Verwendung spezieller Farbanstriche der Rotorblätter wird dieser Effekt, der durch wechselnde Lichtreflektion an den Rotorblättern entsteht, vermieden. Wegen einer möglichen Beeinträchtigung des denkmalgeschützten Schlosses Hämelschenburg
tigung empfunden. Durch die Verwendung spezieller Farbanstriche der
Rotorblätter wird dieser Effekt, der durch wechselnde Lichtreflektion an den RoLandkreis Hameln-Pyrmont
Anlagen sichtbar sein sollte, müssen die Anlagen mit einer bedarfsgerechten Befeuerung ausgerüstet werden. 3.7.2 Bewertung der Umweltauswirkungen auf Kultur- und Sachgüter Solange nur die Rotorblätter der WEA 01, 02 und 03 über den Scharfenberg zu sehen sind, kann eine wesentliche Beeinträchtigung des denkmalgeschützten Ensembles Schloss Hämelschenburg nicht angenommen werden. Wenn da
ng der Umweltauswirkungen auf Kultur- und Sachgüter Solange nur die
Rotorblätter der WEA 01, 02 und 03 über den Scharfenberg zu sehen sind, kann eiLandkreis Hameln-Pyrmont
er lassen sich fast vollständig verwerten. Die derzeitige Recyclingquote liegt bei 80 bis 90 Prozent der Gesamtanlage. Die besten Entwicklungsmöglichkeiten bietet die Wiederverwertung der Rotorblätter aus Verbundwerkstoffen. Eine typische Windenergieanlage mit Getriebe und Stahlrohrturm besteht inklusive Fundament zu über 80 Prozent aus Stahl und Beton. Weitere nennenswerte Anteile ma
ie besten Entwicklungsmöglichkeiten bietet die Wiederverwertung der
Rotorblätter aus Verbundwerkstoffen. Eine typische Windenergieanlage mit GetrieBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
ktroschrott kann in Scheideanstalten stofflich verwertet und die metallischen Komponenten können in Gießereien eingeschmolzen werden. Die aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bestehenden Rotorblätter werden zerkleinert. Nach einer thermischen Verwertung werden die Glasfaserbestandteile dann in Zementmischungen wiederverwertet. Ab dem Jahr 2020 wird im Zuge des vermehrten Rückbaus von
olzen werden. Die aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bestehenden
Rotorblätter werden zerkleinert. Nach einer thermischen Verwertung werden die GBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
ertung werden die Glasfaserbestandteile dann in Zementmischungen wiederverwertet. Ab dem Jahr 2020 wird im Zuge des vermehrten Rückbaus von Windenergieanlagen die Zahl der zu entsorgenden Rotorblätter steigen. R Regionale Wirtschaftsimpulse – Gewinn für alle. Gute regenerative Projekte lassen alle Seiten profitieren: die Betreiber der Anlagen, die Gemeinden, die Planer und die beteil
ehrten Rückbaus von Windenergieanlagen die Zahl der zu entsorgenden
Rotorblätter steigen. R Regionale Wirtschaftsimpulse – Gewinn für alle. Gute rBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
somit keinesfalls Bauruinen oder eine zerstörte Landschaft zurück. Im Zuge des Rückbaus wird eine Windenergieanlage mithilfe eines Kranes Stück für Stück abgebaut und abtransportiert. Die Rotorblätter werden von der Nabe abgetrennt. Nabe, Gondel und Turm werden demontiert. Auch Schaltanlage, Übergabestation und Kabel werden rückgebaut. Das Fundament muss bis mindestens 1 Meter Tiefe e
ilfe eines Kranes Stück für Stück abgebaut und abtransportiert. Die
Rotorblätter werden von der Nabe abgetrennt. Nabe, Gondel und Turm werden demonBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
änger aus der Pionierzeit der Windenergie. Sie sind besser schallgedämmt und besitzen schalltechnisch optimierte Rotorblattformen. Schon in wenigen 100 Metern Entfernung ist das durch die Rotorblätter hervorgerufene gleichmäßige Rauschen nicht mehr wahrnehmbar. Zudem überlagern Umgebungsgeräusche – Bäume und Büsche, Straßenlärm und andere Alltagsgeräusche – die Geräuschentwicklung von
attformen. Schon in wenigen 100 Metern Entfernung ist das durch die
Rotorblätter hervorgerufene gleichmäßige Rauschen nicht mehr wahrnehmbar. ZudemBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
stets Sonnenschein, eine ungünstige Windrichtung und ein drehender Rotor vorausgesetzt werden – und der realen Einwirkzeit unter örtlich normalen Wetterbedingungen. Die Schattenwürfe der Rotorblätter können für Betroffene unangenehm sein, wenn die Schlagschatten zum Beispiel ständig auf die Fenster eines Wohnhauses treffen. Dieser Aspekt ist gesetzlich geregelt. Die Schattenwurfdauer
eit unter örtlich normalen Wetterbedingungen. Die Schattenwürfe der
Rotorblätter können für Betroffene unangenehm sein, wenn die Schlagschatten zumBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
im Maschinenhaus aufgrund eines Defekts plötzlich an, kann der Leitstand eingreifen, wenn die Anlage sich nicht selbst herunterfährt. Durch bestimmte Wetterlagen kann es zur Vereisung der Rotorblätter kommen, weshalb moderne Windenergieanlagen heute verpflichtend mit effektiven Schutzmaßnahmen ausgerüstet sind. Dabei gibt es verschiedene Methoden, um der Gefahr von Eisabwurf durch ein
erunterfährt. Durch bestimmte Wetterlagen kann es zur Vereisung der
Rotorblätter kommen, weshalb moderne Windenergieanlagen heute verpflichtend mitBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
stellen. T Technik – wie funktioniert ein Windrad? Windkrafttechnik: Eine saubere Leistung Windenergieanlagen sind moderne Kraftwerke. Sie funktionieren nach einem einfachen Prinzip. Die Rotorblätter wandeln die Bewegungsenergie des Windes in eine Drehbewegung, und diese wandelt ein Generator, ähnlich dem Dynamo-Prinzip, in elektrischen Strom um. Physik der Windenergienutzung: Welche
rne Kraftwerke. Sie funktionieren nach einem einfachen Prinzip. Die
Rotorblätter wandeln die Bewegungsenergie des Windes in eine Drehbewegung, und Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
inen Wirkungsgrad von 45 bis knapp 50 Prozent. Für die Leistung, die dem Wind entzogen werden kann, ist maßgeblich die von den Rotorblättern überstrichene Fläche bzw. spezielle Bauart der Rotorblätter sowie die Windgeschwindigkeit von Bedeutung. Gerade die Windgeschwindigkeit ist für den Ertrag einer Anlage entscheidend, da sie – physikalisch betrachtet – mit ihrer dritten Potenz einf
on den Rotorblättern überstrichene Fläche bzw. spezielle Bauart der
Rotorblätter sowie die Windgeschwindigkeit von Bedeutung. Gerade die WindgeschwBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
e zu gewährleisten, ist je nach Festigkeit des Untergrundes eine Pfahl- oder Flachgründung erforderlich. Die Turmkonstruktion selbst trägt nicht nur die Massen der Maschinengondel und der Rotorblätter , sondern muss auch die enormen statischen Belastungen durch die wechselnden Kräfte des Windes auffangen. Man verwendet in der Regel Rohrkonstruktionen aus Beton oder Stahl. Bei Türmen mi
ktion selbst trägt nicht nur die Massen der Maschinengondel und der
Rotorblätter, sondern muss auch die enormen statischen Belastungen durch die weBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
il eines Hybrid-Turms besteht aus Stahlbeton, der obere aus Stahl. Eine Alternative sind auch Gittertürme. Rotorblätter: Heute dominiert der dreiflügelige, horizontal gelagerte Rotor. Die Rotorblätter bestehen hauptsächlich aus glas- bzw. kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) und werden durch das Prinzip des aerodynamischen Auftriebs bewegt: Wenn der Wind auf ein Rotorblatt tr
Heute dominiert der dreiflügelige, horizontal gelagerte Rotor. Die
Rotorblätter bestehen hauptsächlich aus glas- bzw. kohlefaserverstärkten KunstsBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
sst sich gemäß § 2 Abs. 2 Nr. 3 AAVO nach den Baukosten und auf der Grundlage der in § 3 AAVO dargestellten Bemessungsgrundsätze. Bei den Baukosten sind die Kosten für Fundament, Turm und Rotorblätter , nicht jedoch für die maschinenbaulichen und elektrotechnischen Teile der Anlage zu berücksichtigen. Die Baukosten sind auf der Grundlage der DIN 276 zu berechnen. Die Ersatzzahlung ist
undsätze. Bei den Baukosten sind die Kosten für Fundament, Turm und
Rotorblätter, nicht jedoch für die maschinenbaulichen und elektrotechnischen TeBaden-Württembergische Ministerien für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft; für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz; für Verkehr und Infrastruktur; für Finanzen und Wirtschaft
rgrößerung der sogenannten „Rotorkreisfläche“ möglich. Die Rotorkreisfläche ist die von den Rotorblättern überstrichene Fläche, auf der die Windenergie „geerntet“ wird. Der Einsatz großer Rotorblätter erfordert andererseits hohe Türme, damit ein ausreichender Abstand der Blattspitzen zur Geländeoberfläche sichergestellt wird. 2.1.2 Vergrößerung von Anlagenhöhe und Rotordurchmesser In
Fläche, auf der die Windenergie „geerntet“ wird. Der Einsatz großer
Rotorblätter erfordert andererseits hohe Türme, damit ein ausreichender AbstandDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
er Höhe deutlich abnehmen (s. Abbildung 5). Windenergieanlagen mit höheren Türmen können deshalb auch wesentlich mehr Strom erzeugen. Erst durch den Einsatz großer Nabenhöhen und längerer Rotorblätter konnte der wirtschaftliche Betrieb von Windenergieanlagen an Binnenlandstandorten erreicht werden. Für den Windenergieausbau in Deutschland war diese Weiterentwicklung der Technik von we
rom erzeugen. Erst durch den Einsatz großer Nabenhöhen und längerer
Rotorblätter konnte der wirtschaftliche Betrieb von Windenergieanlagen an BinneDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
ergieanlagen erreicht werden. 2.1.3 Reduzierung der Schallemissionen und des Schattenwurfs Die Schallemissionen einer Windenergieanlage werden wesentlich durch die Geräusche der drehenden Rotorblätter verursacht. Durch die fortlaufenden Bestrebungen der Anlagenhersteller zur Optimierung der Rotorblattprofile konnten deutliche Fortschritte erreicht werden, sowohl im Hinblick auf die Sc
ndenergieanlage werden wesentlich durch die Geräusche der drehenden
Rotorblätter verursacht. Durch die fortlaufenden Bestrebungen der AnlagenhersteDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
eise bezüglich Schallemissionen und Schattenwurf. ❚ Optimierung im Hinblick auf die Vermeidung von Lichtreflexionen (Discoeffekt) durch Einsatz matter und mittelreflektierender Farben für Rotorblätter und Türme. ❚ Veränderte Landschaftsbildwirkung beim Einsatz moderner leistungsstarker Anlagen durch die geringere Rotordrehzahl und eine verminderte „Barriere-Wirkung“ aufgrund größerer
coeffekt) durch Einsatz matter und mittelreflektierender Farben für
Rotorblätter und Türme. ❚ Veränderte Landschaftsbildwirkung beim Einsatz modernDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
3.3 Flächenzuschnitt und technische Mindestabstände Die Nutzbarkeit einer in Raumordnungs- oder Bauleitplan für die Windenergie ausgewiesenen Fläche kann dadurch beschränkt sein, dass die Rotorblätter der beim Repowering eingesetzten neuen Windenergieanlage über den Standort des Mastes auf die benachbarten Flächen weit hinausragen. Die Inanspruchnahme der von ihnen überdeckten Flächen
energie ausgewiesenen Fläche kann dadurch beschränkt sein, dass die
Rotorblätter der beim Repowering eingesetzten neuen Windenergieanlage über den Deutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
der Regel durch die Hintergrundgeräusche (Rauschen von Wind, Blättern etc.) überdeckt werden. Die Schallemission einer Windenergieanlage wird wesentlich durch die Geräusche der drehenden Rotorblätter verursacht. Durch die fortlaufenden Bestrebungen der Anlagenhersteller zur Optimierung der Rotorblattprofile konnten deutliche Fortschritte erreicht werden, sowohl im Hinblick auf die Sc
Windenergieanlage wird wesentlich durch die Geräusche der drehenden
Rotorblätter verursacht. Durch die fortlaufenden Bestrebungen der AnlagenhersteDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
(Disco-Effekt) In der Frühphase der Windenergienutzung kam es zu Belästigungen aufgrund von störenden Lichtblitzen durch die periodische Reflexion des Sonnenlichts an den Oberflächen der Rotorblätter . Bei modernen Windenergieanlagen wird diese auch als „Disco-Effekt“ bezeichnete Belästigung durch die Verwendung matter, mittelreflektierender Farben für Rotorblätter und Türme vermieden
h die periodische Reflexion des Sonnenlichts an den Oberflächen der
Rotorblätter. Bei modernen Windenergieanlagen wird diese auch als „Disco-EffektDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
den Oberflächen der Rotorblätter. Bei modernen Windenergieanlagen wird diese auch als „Disco-Effekt“ bezeichnete Belästigung durch die Verwendung matter, mittelreflektierender Farben für Rotorblätter und Türme vermieden. 1.4. „Optisch bedrängende“ Wirkung – Gebot der Rücksichtnahme Das Gebot der Rücksichtnahme ist ein von der Rechtsprechung entwickelter öffentlicher Belang, der einem
igung durch die Verwendung matter, mittelreflektierender Farben für
Rotorblätter und Türme vermieden. 1.4. „Optisch bedrängende“ Wirkung – Gebot deDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
wird empfohlen, Windenergieanlagen in ihrer Höhe zu beschränken, damit die Radarmessungen möglichst wenig beeinflusst werden. Die Höhe über NN von Windenergieanlagen einschließlich ihrer Rotorblätter sollte demnach die Höhe der Antenne des DWD-Radars über NN in der Regel nicht überschreiten. Im Zusammenhang mit den tatsächlichen orografischen Bedingungen wäre es gemäß der Empfehlunge
erden. Die Höhe über NN von Windenergieanlagen einschließlich ihrer
Rotorblätter sollte demnach die Höhe der Antenne des DWD-Radars über NN in der Deutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
nen gehören: Um die Auswirkungen möglichst gering zu halten, sollte generell auf den Einsatz von XenonLeuchten verzichtet werden. Zur Tageskennzeichnung sind farbliche Kennzeichnungen der Rotorblätter sowie gegebenenfalls des Maschinenhauses und des Anlagenturms oder der Einsatz von weißen Tagesfeuern erforderlich. Vor der Entscheidung über die Tageskennzeichnung wird die Information
t werden. Zur Tageskennzeichnung sind farbliche Kennzeichnungen der
Rotorblätter sowie gegebenenfalls des Maschinenhauses und des Anlagenturms oderDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
ds- und Geschwindigkeitsmessung 4 GEPLANTE ANLAGE 4.1 Allgemeine Anlagenbeschreibung Eine einzelne Windenergieanlage (WEA) besteht aus Mast, Nabe und drei um eine Horizontalachse drehbare Rotorblätter (Rotor). Durch die Drehung des Rotors wird die Bewegungsenergie des Windes in mechanische Energie (Rotationsenergie) umgewandelt und über eine Rotorwelle auf einen Generator übertragen,
A) besteht aus Mast, Nabe und drei um eine Horizontalachse drehbare
Rotorblätter (Rotor). Durch die Drehung des Rotors wird die Bewegungsenergie deQS-Energy GmbH
steht aus einem vollkonischen Stahlturm. Der Turm ist aus logistischen Gründen und zur Erhöhung der Rückbaufreundlichkeit in den unteren Segmenten längsgeschlitzt. Turm, Maschinenhaus und Rotorblätter sind in lichtgrauer (RAL 7035), nicht reflektierender Farbe lackiert (s. Ziffer 15.1 des Bauantrags). Zusätzlich zu der im Turm befindlichen Leiter mit Fallsicherungssystem für den Aufst
t in den unteren Segmenten längsgeschlitzt. Turm, Maschinenhaus und
Rotorblätter sind in lichtgrauer (RAL 7035), nicht reflektierender Farbe lackieQS-Energy GmbH
nungen für Anlagen ab einer Gesamthöhe über 150 m ist für die hier beantragte Anlage vorgesehen: • Tageskennzeichnung: Anbringung von Farbfeldern bzw. Farbstreifen im äußeren Bereich der Rotorblätter , am Turm in ca. 45 m über Grund sowie seitlich am Maschinenhaus • Nachkennzeichnung: Ausrüstung der WEA mit einer Befeuerung (Feuer W-rot, Lichtstärke 100 cd) auf dem Maschinenhausdach i
Anbringung von Farbfeldern bzw. Farbstreifen im äußeren Bereich der
Rotorblätter, am Turm in ca. 45 m über Grund sowie seitlich am Maschinenhaus • QS-Energy GmbH
latts um die Längsachse, wird eine Anpassung der Leistung der Anlage an die aktuelle Windgeschwindigkeit vorgenommen. Nach Überschreiten der Anlaufwindgeschwindigkeit werden die einzelnen Rotorblätter mit steigender Windgeschwindigkeit zunehmend bis zum Erreichen der Volllast in den Wind gedreht. Steigt die Windgeschwindigkeit dann noch weiter an, drehen die Rotorblätter wieder aus de
ch Überschreiten der Anlaufwindgeschwindigkeit werden die einzelnen
Rotorblätter mit steigender Windgeschwindigkeit zunehmend bis zum Erreichen derQS-Energy GmbH
die einzelnen Rotorblätter mit steigender Windgeschwindigkeit zunehmend bis zum Erreichen der Volllast in den Wind gedreht. Steigt die Windgeschwindigkeit dann noch weiter an, drehen die Rotorblätter wieder aus dem Wind, um eine mechanische Beschädigung der Anlage zu vermeiden. Beim Erreichen der Abschaltwindgeschwindigkeit werden die Rotorblätter vollständig aus dem Wind gedreht, wa
eht. Steigt die Windgeschwindigkeit dann noch weiter an, drehen die
Rotorblätter wieder aus dem Wind, um eine mechanische Beschädigung der Anlage zQS-Energy GmbH
gkeit dann noch weiter an, drehen die Rotorblätter wieder aus dem Wind, um eine mechanische Beschädigung der Anlage zu vermeiden. Beim Erreichen der Abschaltwindgeschwindigkeit werden die Rotorblätter vollständig aus dem Wind gedreht, was einer Bremswirkung entspricht und die WEA somit zum Stillstand bringt. Grundsätzlich ist es das Bestreben der WEA-Hersteller, eine möglichst hohe St
ermeiden. Beim Erreichen der Abschaltwindgeschwindigkeit werden die
Rotorblätter vollständig aus dem Wind gedreht, was einer Bremswirkung entsprichQS-Energy GmbH
t des Standardsystems. Im Falle der Erkennung von Eisansatz an den Windenergieanlagen 1,3 und 4 verfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger befürchten hohe Kollisionsverl
us der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die
Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Gemeinde Neuenkirchen-Vörden
t des Standardsystems. Im Falle der Erkennung von Eisansatz an den Windenergieanlagen 1,3 und 4 verfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger bemängeln den erhöhten Freiflä
us der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die
Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Gemeinde Neuenkirchen-Vörden
igungen führen. Von einer besonderen Gefährdung durch Windenergieanlagen ist nicht auszugehen.  Schattenwurf Bei Sonnenschein werfen Windenergieanlagen einen Schatten. Die sich drehenden Rotorblätter bewirken, dass der von ihnen ausgehende Schatten sich ebenfalls bewegt. Der Schlagschatten eines sich drehenden Rotorblattes kann zu einer Störung der Anwohner der umgebenden Siedlungsnu
schein werfen Windenergieanlagen einen Schatten. Die sich drehenden
Rotorblätter bewirken, dass der von ihnen ausgehende Schatten sich ebenfalls beGemeinde Neuenkirchen-Vörden
en im Rahmen des gesetzlich Zulässigen sind von den Anwohnern ggf. hinzunehmen.  Lichtreflexionen Der Betrieb von Windenergieanlagen kann auch zu Störwirkungen durch Lichtreflexionen der Rotorblätter führen. Zur Vermeidung von Lichtreflexionen sind alle sichtbaren Bauteile der Windenergieanlagen mit einem dauerhaft mattierten Anstrich in Anlehnung an den RALFarbwert 7035 (lichtgrau)
nergieanlagen kann auch zu Störwirkungen durch Lichtreflexionen der
Rotorblätter führen. Zur Vermeidung von Lichtreflexionen sind alle sichtbaren BGemeinde Neuenkirchen-Vörden
t des Standardsystems. Im Falle der Erkennung von Eisansatz an den Windenergieanlagen 1,3 und 4 verfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist. 4.4 Belange von Natur und Landschaft un
us der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die
Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Gemeinde Neuenkirchen-Vörden
der vom Rotor überdeckten Fläche zu dem nächstgelegenen Rand des Geltungsbereiches hin nicht verringert wird. Ein Überstreichen der Straßenverkehrsflächen und der Wasserflächen durch die Rotorblätter ist zulässig. Gemäß § 9 (1) 2a BauGB wird der bauordnungsrechtlich erforderliche Grenzabstand von 0,5 H auf 0,25 H reduziert. Auf den im Planteil kariert gekennzeichneten Flächen außerha
treichen der Straßenverkehrsflächen und der Wasserflächen durch die
Rotorblätter ist zulässig. Gemäß § 9 (1) 2a BauGB wird der bauordnungsrechtlichGemeinde Neuenkirchen-Vörden
en direkten und indirekten Lebensraumverlusten können auch Individuenverluste zu Beeinträchtigungen der Avifauna führen. Viele Arten können die Gefahr durch die – gerade an der Spitze der Rotorblätter schnell drehenden – Rotoren offensichtlich nicht rechtzeitig wahrnehmen oder richtig einschätzen, so dass es immer wieder zu Schlagopfern kommt. Nach derzeitigem Kenntnisstand liegen für
Viele Arten können die Gefahr durch die – gerade an der Spitze der
Rotorblätter schnell drehenden – Rotoren offensichtlich nicht rechtzeitig wahrnGemeinde Neuenkirchen-Vörden
zahlband betrieben. In Verbindung mit der Blattwinkelregelung ergibt sich ein bestmöglicher Energieertrag bei gleichzeitig optimaler Netzfreundlichkeit und minimaler Geräuschemission. Die Rotorblätter sind speziell für den drehzahlvariablen Betrieb optimiert und durch ein blattintegriertes Blitzableitsystem geschützt. Die Rotorblätter sind über doppelreihige Vierpunktlager drehbar mit
ig optimaler Netzfreundlichkeit und minimaler Geräuschemission. Die
Rotorblätter sind speziell für den drehzahlvariablen Betrieb optimiert und durcNordex Energy GmbH
zfreundlichkeit und minimaler Geräuschemission. Die Rotorblätter sind speziell für den drehzahlvariablen Betrieb optimiert und durch ein blattintegriertes Blitzableitsystem geschützt. Die Rotorblätter sind über doppelreihige Vierpunktlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und werden individuell um ihre Längsachse verstellt. Die mitrotierenden Verstellantriebe werden als Gleichstrom
rt und durch ein blattintegriertes Blitzableitsystem geschützt. Die
Rotorblätter sind über doppelreihige Vierpunktlager drehbar mit der Rotornabe vNordex Energy GmbH
sregelung dient die Blattverstellung als primäres Sicherheitssystem. Während normaler Betriebsbremsungen werden die Blätter mit der Nase in den Wind gedreht. Da die Blattverstellungen der Rotorblätter jeweils unabhängig voneinander arbeiten und auch ein einzelnes Rotorblatt bei versagender Verstellung an den beiden anderen Blättern den Rotor in Sekundenschnelle aus allen erdenklichen
ter mit der Nase in den Wind gedreht. Da die Blattverstellungen der
Rotorblätter jeweils unabhängig voneinander arbeiten und auch ein einzelnes RotNordex Energy GmbH
hnelle aus allen erdenklichen Störsituationen noch in sichere Drehzahlbereiche bringen kann, ergibt sich ein dreifach redundantes Sicherheitssystem. Bei Abschaltung der Anlage werden die Rotorblätter in die 90°-Fahnenstellung verfahren. Hierdurch lassen sich die Belastungen der Anlage und insbesondere des Turmes bei stürmischen Umweltbedingungen signifikant reduzieren. 4 Antriebsstra
dundantes Sicherheitssystem. Bei Abschaltung der Anlage werden die
Rotorblätter in die 90°-Fahnenstellung verfahren. Hierdurch lassen sich die BelNordex Energy GmbH
r Windenergietechnologie. Durch eine veränderte Geometrie nutzen die Blätter auch den inneren Teil der Rotorkreisfläche und steigern die Energieausbeute erheblich. Darüber hinaus sind die Rotorblätter weniger anfällig für Turbulenzen und stellen eine gleichmäßige Umströmung auf der ganzen Länge des Blattprofils sicher. Auch die Blattspitzen (die sog. Tips) wurden in Bezug auf Schallem
und steigern die Energieausbeute erheblich. Darüber hinaus sind die
Rotorblätter weniger anfällig für Turbulenzen und stellen eine gleichmäßige UmsENERCON GmbH
Blatt auf ganzer Länge genutzt, ohne dass Energie durch Verwirbelungen verloren geht. Um der Windbelastung über den gesamten Nutzungszeitraum wirkungsvoll zu widerstehen, verfügen ENERCON Rotorblätter über einen großen Blattanschlussdurchmesser. Darüber hinaus sorgt der von ENERCON speziell für größere Anlagen entwickelte zweireihige Schraubanschluss durch gleichmäßige Lastverteilung
mten Nutzungszeitraum wirkungsvoll zu widerstehen, verfügen ENERCON
Rotorblätter über einen großen Blattanschlussdurchmesser. Darüber hinaus sorgt ENERCON GmbH
rhöht. Die Anlage ist dadurch in der Lage, auf Extrembelastungen zu reagieren. Dies sind wichtige Faktoren gerade an Extremwindstandorten mit hohen Lastwechseln. Die Fertigung der ENERCON Rotorblätter erfolgt im Vakuuminfusionsverfahren in sog. Sandwichbauweise. Im anschließenden Rotorblattfinish erhalten sie einen Schutzanstrich, um die Oberfläche wirkungsvoll vor jeglichen Witterung
remwindstandorten mit hohen Lastwechseln. Die Fertigung der ENERCON
Rotorblätter erfolgt im Vakuuminfusionsverfahren in sog. Sandwichbauweise. Im aENERCON GmbH
Schutzanstrich, um die Oberfläche wirkungsvoll vor jeglichen Witterungseinflüssen zu schützen. Ein Lackierroboter bearbeitet Bauteile bis 35 m Länge in einem Arbeitsgang. Vorteile ENERCON Rotorblätter : höherer Wirkungsgrad und geringe Schallemission durch effizientere Blattgeometrie inkl. Tips; längere Lebensdauer durch Reduzierung der Lasten und vereinfachter Transport durch schlanke
itet Bauteile bis 35 m Länge in einem Arbeitsgang. Vorteile ENERCON
Rotorblätter: höherer Wirkungsgrad und geringe Schallemission durch effizienterENERCON GmbH
rei Rotorblättern. Die Rotornabe besteht aus Grundkörper, Tragsystem und Spinner. Der Grundkörper besteht aus einer steifen Gusskonstruktion, auf welcher die Pitchdrehverbindungen und die Rotorblätter montiert werden. Die Rotornabe ist verkleidet mit einem Spinner, der den direkten Zugang aus dem Maschinenhaus in die Rotornabe ermöglicht. Abb. 2 Nabe und Spinner der Nordex Anlagen der
fen Gusskonstruktion, auf welcher die Pitchdrehverbindungen und die
Rotorblätter montiert werden. Die Rotornabe ist verkleidet mit einem Spinner, dNordex Energy GmbH
den direkten Zugang aus dem Maschinenhaus in die Rotornabe ermöglicht. Abb. 2 Nabe und Spinner der Nordex Anlagen der Delta-Generation 1 Spinnersegment 2 Rotornabe 3 Spinnertragsystem Die Rotorblätter sind aus hochwertigem glasfaser- und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Das Rotorblatt wird gemäß der Richtlinien IEC 61400-23 und GL IV-1 (2010) statisch und dynamisch
lta-Generation 1 Spinnersegment 2 Rotornabe 3 Spinnertragsystem Die
Rotorblätter sind aus hochwertigem glasfaser- und kohlenstofffaserverstärktem KNordex Energy GmbH
t wird gemäß der Richtlinien IEC 61400-23 und GL IV-1 (2010) statisch und dynamisch getestet. Das Pitchsystem dient dem Einstellen des von der Steuerung vorgegebenen Rotorblattwinkels der Rotorblätter . Es besteht für jedes Rotorblatt aus einem elektromechanischen Antrieb mit Drehstrommotor, Planetengetriebe und Antriebsritzel sowie einer Steuereinheit mit Frequenzumrichter und Notstro
Einstellen des von der Steuerung vorgegebenen Rotorblattwinkels der
Rotorblätter. Es besteht für jedes Rotorblatt aus einem elektromechanischen AntNordex Energy GmbH
er auf dem Dach des Maschinenhauses rückgekühlt. Die mechanische Rotorbremse unterstützt die aerodynamische Bremswirkung der zum Abbremsen des Rotors quer zur Rotationsrichtung gestellten Rotorblätter , sobald eine definierte Drehzahl unterschritten wird und bringt den Rotor schließlich zum Stillstand. Sie besteht aus einer Bremszange, die auf die hinter dem Getriebe montierte Bremssch
der zum Abbremsen des Rotors quer zur Rotationsrichtung gestellten
Rotorblätter, sobald eine definierte Drehzahl unterschritten wird und bringt deNordex Energy GmbH
Wird die Einschaltwindgeschwindigkeit erreicht, wechselt die WEA in den Zustand „Betriebsbereit“. Jetzt werden alle Systeme getestet, das Maschinenhaus nach dem Wind ausgerichtet und die Rotorblätter in den Wind gedreht. Ist eine bestimmte Drehzahl erreicht, wird der Generator ans Netz gekoppelt und die WEA produziert Energie. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten arbeitet die WEA im T
teme getestet, das Maschinenhaus nach dem Wind ausgerichtet und die
Rotorblätter in den Wind gedreht. Ist eine bestimmte Drehzahl erreicht, wird deNordex Energy GmbH
stimmte Drehzahl erreicht, wird der Generator ans Netz gekoppelt und die WEA produziert Energie. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten arbeitet die WEA im Teillastbetrieb. Dabei bleiben die Rotorblätter maximal in den Wind gedreht (Rotorblattwinkel 0°). Die von der WEA abgegebene Leistung hängt von der Windgeschwindigkeit ab. Bei Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit geht die WEA in den
windigkeiten arbeitet die WEA im Teillastbetrieb. Dabei bleiben die
Rotorblätter maximal in den Wind gedreht (Rotorblattwinkel 0°). Die von der WEANordex Energy GmbH
se DIBt 2012, WZ S Anzahl der Turmsektionen 2 Rotor Rotordurchmesser 131,0 m Überstrichene Fläche 13478 m2 Nennleistung/Fläche 245,3 W/m2 Neigungswinkel der Rotorwelle 5 ° Konuswinkel der Rotorblätter 4,5 ° Rotorblatt Material glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Gesamtlänge 64,4 m Gesamtgewicht je Blatt ca. 14,4 t Rotorwelle/Rotorlagerung Typ geschmiedete Hohlwelle M
Fläche 245,3 W/m2 Neigungswinkel der Rotorwelle 5 ° Konuswinkel der
Rotorblätter 4,5 ° Rotorblatt Material glasfaser- und kohlenstofffaserverstärktNordex Energy GmbH
htlich schwächere Leistungswachstum der Anlagen in den kommenden Jahren ist nicht in erster Linie bei den Getriebeherstellern bzw. Systemlieferanten zu suchen, sondern vielmehr bilden die Rotorblätter an dieser Stelle derzeit den limitierenden Faktor. Windkraftanlagen mit einer Nennleistung > 10 MW benötigen neuartige Rotorblattkonzepte, die den Leistungsanforderungen dieser Anlageng
llern bzw. Systemlieferanten zu suchen, sondern vielmehr bilden die
Rotorblätter an dieser Stelle derzeit den limitierenden Faktor. WindkraftanlageForschungszentrum Jülich GmbH
wesentliche Auswirkungen auf die Größenordnung der Gesamtkosten einarbeiten. Da die größten getriebegestützten Windkraftanlagen bei aktuellen Leistungen von 6-7 MW einschließlich Nabe und Rotorblätter ein Gesamtgewicht von fast 500 t auf dem Turmkopf erreichen, ist bei einer Verdoppelung der Leistung mit einer ähnlichen Größenordnung des Gewichtes im Bereich bis 500 t nur für die Gond
anlagen bei aktuellen Leistungen von 6-7 MW einschließlich Nabe und
Rotorblätter ein Gesamtgewicht von fast 500 t auf dem Turmkopf erreichen, ist bForschungszentrum Jülich GmbH
t von fast 500 t auf dem Turmkopf erreichen, ist bei einer Verdoppelung der Leistung mit einer ähnlichen Größenordnung des Gewichtes im Bereich bis 500 t nur für die Gondel (ohne Nabe und Rotorblätter ) zu rechnen. Die Getriebe alleine werden mit mindestens 125 t abgeschätzt und eine Krananlage mit mindesten 450 t Hublast empfohlen (IME, S. 22). Im Extremfall kann die schwere Getriebeb
es Gewichtes im Bereich bis 500 t nur für die Gondel (ohne Nabe und
Rotorblätter) zu rechnen. Die Getriebe alleine werden mit mindestens 125 t abgeForschungszentrum Jülich GmbH
in den kommenden Jahren voraussichtlich deutlich abgeschwächt voranschreiten. Der Grund hierfür ist – wie bereits erwähnt – vorrangig bei der langwierigen Neuentwicklung leistungsfähiger Rotorblätter zu finden (IME, S. 5-6). Dennoch sind auch andere Faktoren maßgebend für die prognostizierte Größenentwicklung der zukünftigen Windkraftanlagen. Nicht zuletzt sind hier in einigen Länder
nt – vorrangig bei der langwierigen Neuentwicklung leistungsfähiger
Rotorblätter zu finden (IME, S. 5-6). Dennoch sind auch andere Faktoren maßgebeForschungszentrum Jülich GmbH
egt werden. Die Zustimmung nach § 14 LuftVG gilt hiermit als erteilt. Auflage 2.9.2 gilt entsprechend. 2.9.10 Da eine Tageskennzeichnung für die Windkraftanlage erforderlich ist, sind die Rotorblätter der Windkraftanlage weiß oder grau auszuführen; im äußeren Bereich sind sie durch 3 Farbfelder von je 6 m Länge [ a) außen beginnend 6 m orange - 6 m weiß – 6 m orange oder b) außen begi
geskennzeichnung für die Windkraftanlage erforderlich ist, sind die
Rotorblätter der Windkraftanlage weiß oder grau auszuführen; im äußeren BereichSchleswig-Holstein Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
Mast (bei Gittermasten 6 m) beginnend in 40 ± 5 m Höhe über Grund/Wasser eingesetzt werden. In diesem Falle kann auf die Einfärbung (orange/rot) des Maschinenhauses und Kennzeichnung der Rotorblätter verzichtet werden die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zu 50 m überragen. Sollte zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der Rotorblätter angebracht werden,
e Einfärbung (orange/rot) des Maschinenhauses und Kennzeichnung der
Rotorblätter verzichtet werden die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zu 50Schleswig-Holstein Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
d Kennzeichnung der Rotorblätter verzichtet werden die Rotorblattspitze das Tagesfeuer um bis zu 50 m überragen. Sollte zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der Rotorblätter angebracht werden, bestehen für den Abstand zwischen Tagesfeuer und Rotorblattspitze keine Beschränkungen. 2.9.13 Die Nachtkennzeichnung der Windenergieanlagen erfolgt durch Hindernisfe
zusätzlich ein Farbfeld orange/rot von 6 m Länge an den Spitzen der
Rotorblätter angebracht werden, bestehen für den Abstand zwischen Tagesfeuer unSchleswig-Holstein Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
ernisbefeuerungsebene(n) am Turm erforderlich. Dabei müssen aus jeder Richtung mindestens zwei Hindernisfeuer sichtbar sein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuer W, rot ES, ist durch Anzahl und Anordnung der Feuer entgegenzuwirken. 2.9.15 Hindernisbefeuerungsebenen sind wie folgt anzubring
ein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende
Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuer W, rot ESchleswig-Holstein Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
öschend und bestehen aus flammwidrigem Material. Ein Sensorsystem überwacht überdies laufend den Betrieb und führt bei Störungen zu einer verminderten Leistung bzw. dem Betriebsstopp. Die Rotorblätter sind zu diesem Zweck mit Notverstelleinheiten ausgestattet. Das zuvor beschriebene Blitzschutzsystem minimiert die Brandgefahr des Weiteren um ein erhebliches Maß. Detaillierte Angaben z
törungen zu einer verminderten Leistung bzw. dem Betriebsstopp. Die
Rotorblätter sind zu diesem Zweck mit Notverstelleinheiten ausgestattet. Das zuÖkostrom Consulting Freiburg GmbH
um eine Überschreitung der zulässigen Richtwerte auszuschließen. 10.2. Schallimmissionen Der Betrieb von WEA verursacht Schallimmissionen, die wesentlich durch das Geräusch der drehenden Rotorblätter hervorgerufen werden. Die ständige Optimierung der Rotorblattprofile führt nicht nur zu einem höheren Energieertrag, sondern auch zu Fortschritten hinsichtlich der Schallreduzierung. Ein
Schallimmissionen, die wesentlich durch das Geräusch der drehenden
Rotorblätter hervorgerufen werden. Die ständige Optimierung der RotorblattprofiÖkostrom Consulting Freiburg GmbH
Tieffrequent werden Geräusche bezeichnet, deren Anteile im Frequenzbereich unter 100 Hz liegen. Als Infraschall wird der Bereich genannt, der 20 Hz unterschreitet. Die beim Umströmen der Rotorblätter verursachten Geräusche ähneln den an den Flügeln von Segelflugzeugen entstehenden. Untersuchungen haben gezeigt, dass die in der Umgebung von WEA vorkommenden Infraschallanteile die mens
r Bereich genannt, der 20 Hz unterschreitet. Die beim Umströmen der
Rotorblätter verursachten Geräusche ähneln den an den Flügeln von SegelflugzeugÖkostrom Consulting Freiburg GmbH
ponenten anhand einer Windkraftanlage mit horizontaler Rotationsachse. Da diese Windkraftanlagenart die geläufigste ist, wird an dieser Stelle nur auf diese Bauform näher eingegangen. Die Rotorblätter stellen die wichtigste Komponente einer Windkraftanlage dar, da durch ihre Drehung der Generator angetrieben und so Energie erzeugt wird. Sie stehen auch bei der technologischen Weiteren
wird an dieser Stelle nur auf diese Bauform näher eingegangen. Die
Rotorblätter stellen die wichtigste Komponente einer Windkraftanlage dar, da duDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
ei der technologischen Weiterentwicklung im Mittelpunkt, nicht zuletzt um dem Vorwurf zu begegnen, dass Windkraftanlagen Lärm verursachen. Durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Rotorblätter soll der Geräuschpegel zunehmend reduziert werden [EWEA: 2009a, S.37]. Für die Herstellung der Rotorblätter werden Materialien wie Holz, Stoff, Stahl, Aluminium und Glasfasern verwendet
Lärm verursachen. Durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der
Rotorblätter soll der Geräuschpegel zunehmend reduziert werden [EWEA: 2009a, S.DCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
kraftanlagen Lärm verursachen. Durch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Rotorblätter soll der Geräuschpegel zunehmend reduziert werden [EWEA: 2009a, S.37]. Für die Herstellung der Rotorblätter werden Materialien wie Holz, Stoff, Stahl, Aluminium und Glasfasern verwendet - wobei Glasfasern, Holz und Carbonfasern am häufigsten benutzt werden [Gipe: 2009, S.4f.]. Bei den heutigen
hmend reduziert werden [EWEA: 2009a, S.37]. Für die Herstellung der
Rotorblätter werden Materialien wie Holz, Stoff, Stahl, Aluminium und GlasfaserDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
aftanlagen mit einer Höhe von über 150 Metern zusätzliche Warnleuchten erforderlich. Dabei müssen aus jeder Richtung mindestens zwei Warnlichter sichtbar sein. Diese dürfen durch stehende Rotorblätter nicht verdeckt werden. Der Durchmesser eines Rotors beträgt 50 bis 90 Meter. Komponenten: Abgebildet sind die wesentlichen Bestandteile einer Windkraftanlage mit horizontaler Drehachse.
destens zwei Warnlichter sichtbar sein. Diese dürfen durch stehende
Rotorblätter nicht verdeckt werden. Der Durchmesser eines Rotors beträgt 50 bisDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
rwiegend im privaten Segment Anwendung finden. Da schon ein Drehblatt genügt, um eine Rotationsbewegung zu erzeugen, wird die Drehfähigkeit eines Windkraftrades nicht durch die Anzahl der Rotorblätter beeinflusst. In den 1980er und in den frühen 1990er Jahren ist des Öfteren der Versuch unternommen worden, Rotoren mit einem oder zwei Blättern auf den Markt zu bringen [EWEA: 2009e, S.6
d die Drehfähigkeit eines Windkraftrades nicht durch die Anzahl der
Rotorblätter beeinflusst. In den 1980er und in den frühen 1990er Jahren ist desDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
gs konnten sich diese nicht durchsetzen, so dass Turbinen mit nur einem Rotorblatt heutzutage kaum eingesetzt werden. Die meisten konventionellen Turbinen besitzen entweder zwei oder drei Rotorblätter , wobei letztere sich zunehmend als Standard durchgesetzt haben. Der wesentliche Unterschied liegt beim Kosten-Nutzen-Verhältnis: während zwei Rotorblätter in der Produktion kostengünstig
e meisten konventionellen Turbinen besitzen entweder zwei oder drei
Rotorblätter, wobei letztere sich zunehmend als Standard durchgesetzt haben. DeDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
besitzen entweder zwei oder drei Rotorblätter, wobei letztere sich zunehmend als Standard durchgesetzt haben. Der wesentliche Unterschied liegt beim Kosten-Nutzen-Verhältnis: während zwei Rotorblätter in der Produktion kostengünstiger sind, sind drei auf Dauer deutlich leistungsfähiger. Außerdem weist der dreiblättrige Rotor einen weiteren Vorteil auf: er bewegt sich ruhiger als ein z
liche Unterschied liegt beim Kosten-Nutzen-Verhältnis: während zwei
Rotorblätter in der Produktion kostengünstiger sind, sind drei auf Dauer deutliDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
it vertikaler Drehachse Vertikale Windkraftanlagen weisen vielfältige Bauformen auf. Sie haben den Vorteil, dass die Energieerzeugung nicht durch die Windrichtung beeinträchtigt wird. Die Rotorblätter drehen sich unabhängig davon, aus welcher Richtung der Wind weht. Beispiele für Bauformen mit horizontaler Drehachse: Bauformen mit horizontaler Drehachse unterscheiden sich durch die An
rgieerzeugung nicht durch die Windrichtung beeinträchtigt wird. Die
Rotorblätter drehen sich unabhängig davon, aus welcher Richtung der Wind weht. DCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
sich unabhängig davon, aus welcher Richtung der Wind weht. Beispiele für Bauformen mit horizontaler Drehachse: Bauformen mit horizontaler Drehachse unterscheiden sich durch die Anzahl der Rotorblätter . Größenklassen von Windkraftanlagen In den letzten Jahrzehnten hat sich der technologische Stand von Windkraftanlagen rasant entwickelt. Dies zeigt sich u. a. daran, dass die Windturbine
mit horizontaler Drehachse unterscheiden sich durch die Anzahl der
Rotorblätter. Größenklassen von Windkraftanlagen In den letzten Jahrzehnten hatDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
en sind. In den letzten 20 Jahren hat sich die Windkraftanlagengröße in diesem Segment verhundertfacht [EWEA: 2009b, S.6]. Die Größe einer Windkraftanlage wird abhängig vom Drehradius der Rotorblätter definiert. Im Allgemeinen können Anlagen in drei Kategorien unterteilt werden: Kleinanlagen, mittlere Anlagen1 und Großanlagen (siehe Grafik 5). Kleine Windkraftturbinen werden wiederum
]. Die Größe einer Windkraftanlage wird abhängig vom Drehradius der
Rotorblätter definiert. Im Allgemeinen können Anlagen in drei Kategorien untertDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
chnologie von großer Bedeutung sein. Laut Frank Nielsen, Leiter der Abteilung Forschung und Entwicklung des Rotorblattherstellers LM Glasfiber, würde eine Verbesserung der Aerodynamik der Rotorblätter von drei Prozent über die gesamte Lebensdauer die Investitionskosten der Anlage kompensieren [EWEA: 2008a, S.23]. Zukünftig wird aber neben der Effizienzsteigerung auch die Kostensenkung
rstellers LM Glasfiber, würde eine Verbesserung der Aerodynamik der
Rotorblätter von drei Prozent über die gesamte Lebensdauer die InvestitionskostDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
r Onshore), die Erreichbarkeit des Standortes, die Bodenbeschaffenheit, der Aufwand für den Netzanschluss usw. [EWEA: 2009a, S.8]. Als Richtwert nehmen die Kosten für die Windturbine samt Rotorblätter , Turm und Komponenten bei Onshore-Windkraftanlagen in etwa 70 Prozent der Investitionskosten ein. Im Allgemeinen gilt, dass im Fall von Windanlagen die Investitionskosten verhältnismäßig
09a, S.8]. Als Richtwert nehmen die Kosten für die Windturbine samt
Rotorblätter, Turm und Komponenten bei Onshore-Windkraftanlagen in etwa 70 ProzDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
sich daher entsprechend langsamer. Die heute fast ausschließlich eingesetzten dreiblättrigen Rotoren erreichen den maximalen Wirkungsgrad bei einer Schnelllaufzahl λ ≈ 7. Die Spitzen der Rotorblätter bewegen sich also mit der siebenfachen Windgeschwindigkeit. Windenergieanlagen mit kleinerem Durchmesser müssen sich bei gleichem Wind also schneller drehen, um den gleichen λ- und damit
malen Wirkungsgrad bei einer Schnelllaufzahl λ ≈ 7. Die Spitzen der
Rotorblätter bewegen sich also mit der siebenfachen Windgeschwindigkeit. WindenPhysik Journal Nr. 07/2014
. An der Nabe kommt der Wind von vorne, während er sich mit zunehmendem Radius r durch die Eigenbewegung eines Rotorblattsegments (ωr) immer mehr in die Rotationsebene dreht. Daher werden Rotorblätter verdreht konstruiert – bereits seit den alten Windmühlen aus dem 19. Jahrhundert. Die Leistung einer Windenergieanlage lässt sich somit über die Drehzahl sowie die Stellung der Rotorblät
tsegments (ωr) immer mehr in die Rotationsebene dreht. Daher werden
Rotorblätter verdreht konstruiert – bereits seit den alten Windmühlen aus dem 1Physik Journal Nr. 07/2014
torblätter verdreht konstruiert – bereits seit den alten Windmühlen aus dem 19. Jahrhundert. Die Leistung einer Windenergieanlage lässt sich somit über die Drehzahl sowie die Stellung der Rotorblätter bezüglich der Anströmung regeln (Pitchregelung). Heute werden in Deutschland meist Anlagen mit 40 m langen Rotorblättern neu errichtet, die eine Fläche von fast 5000 m2 überstreichen. Da
gieanlage lässt sich somit über die Drehzahl sowie die Stellung der
Rotorblätter bezüglich der Anströmung regeln (Pitchregelung). Heute werden in DPhysik Journal Nr. 07/2014
det. Bei einer 20-jährigen Laufzeit nimmt man fünf Jahre Windstille an, während denen die Windenergieanlagen nicht arbeiten. Bei einer Offshore Windenergie anlage der -MW-Klasse sind die Rotorblätter 0 Meter lang. Zum Vergleich zeigt die Fotomontage einen Airbus 380, dessen Spannweite 80 Meter beträgt. KOMPAKT ■ Der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Windenergieanlage ist dur
ten. Bei einer Offshore Windenergie anlage der -MW-Klasse sind die
Rotorblätter 0 Meter lang. Zum Vergleich zeigt die Fotomontage einen Airbus 3Physik Journal Nr. 07/2014
sst und vermessen. Laut Troels F. Pedersen lassen sich im mittleren Gondelteil verwertbare Messergebnisse erwarten. In Abbildung 9 wurde anhand einer Zeichnung der Gondel und der Maße der Rotorblätter einer REpower 3.4M 104 der Standort des Anemometers nach Troels F. Pedersen bestimmt. Die dargestellte Fläche entspricht der zum Zeitpunkt der Vermessung gültigen Ausgabe der IEC 61400-1
bbildung 9 wurde anhand einer Zeichnung der Gondel und der Maße der
Rotorblätter einer REpower 3.4M 104 der Standort des Anemometers nach Troels F.Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ke Beeinflussung der Messung durch den Nachlaufdrall des Rotors und der durch die Gondel verursachte Turbulenz sowie den zusätzlichen Strömungsabriss im Bereich der Auftriebsgeometrie der Rotorblätter ausschließen. Der auftriebswirksame Bereich der Rotorblätter der REpower 3.4M 104 mit 50,8 m Länge beginnt in etwa 4,5 m Abstand zur Spinnerverkleidung. Bis zu dieser Entfernung weist de
zusätzlichen Strömungsabriss im Bereich der Auftriebsgeometrie der
Rotorblätter ausschließen. Der auftriebswirksame Bereich der Rotorblätter der RDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
rs und der durch die Gondel verursachte Turbulenz sowie den zusätzlichen Strömungsabriss im Bereich der Auftriebsgeometrie der Rotorblätter ausschließen. Der auftriebswirksame Bereich der Rotorblätter der REpower 3.4M 104 mit 50,8 m Länge beginnt in etwa 4,5 m Abstand zur Spinnerverkleidung. Bis zu dieser Entfernung weist der zuvor fast runde Blattwurzelbereich nur eine wenig auftrieb
ie der Rotorblätter ausschließen. Der auftriebswirksame Bereich der
Rotorblätter der REpower 3.4M 104 mit 50,8 m Länge beginnt in etwa 4,5 m AbstanDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
chnischen Daten der REpower 3.4M 104 am Standort Bremen Stahlwerke. LiDAR REpower PowerWind Technische Daten WEA Wert Nennleistung 3.4 MW Nabenhöhe 128 m Rotordurchmesser 104 m Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 50.8 m Überstrichene Fläche 8495 m² Fläche Gondel in 2 Ebenen ca. 40 m² Länge Gondel ca. 13 m Tiefe Gondel ca. 4.3 m Leistungsregelung Blattwinkelgeregelt Anlaufgeschwi
nnleistung 3.4 MW Nabenhöhe 128 m Rotordurchmesser 104 m Anzahl der
Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 50.8 m Überstrichene Fläche 8495 m² Fläche GondeDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ort kleiner sind. Es sollte auch über der Grenzschicht der Gondeloberfläche und unter dem Bereich, in dem die Blattwirbel, die von der Änderung vom zylindrischen zum profilierten Teil der Rotorblätter verursacht, dominieren, installiert werden. Außerdem sollte das Gondelanemometer mindestens 1,5 Blattdurchmesser hinter der Blattwurzel positioniert werden, allerdings gleichzeitig den N
l, die von der Änderung vom zylindrischen zum profilierten Teil der
Rotorblätter verursacht, dominieren, installiert werden. Außerdem sollte das GoDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
n drei Anemometern (Gondelanemometer, Referenzanemometer und usa_DWG auf Position P9) in Abbildung 47 wird sehr wahrscheinlich von einer Überlagerung der Strömungswiderstände von Turm und Rotorblätter verursacht. Nähere Erläuterungen hierzu finden sich in II.1.3.8.1. Bei der Anordnung der Anemometer auf der Gondel ist zu berücksichtigen, dass die Abschattung, bedingt durch das geometr
inlich von einer Überlagerung der Strömungswiderstände von Turm und
Rotorblätter verursacht. Nähere Erläuterungen hierzu finden sich in II.1.3.8.1.Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
schattung zur freien Anströmung für verschiedene Höhen des Anemometers über dem Gondeldach angegeben. Für das Gondelanemometer bedeutet dies, dass es ca. 35% der Zeit durch eines der drei Rotorblätter abgeschattet wird. Dies gilt für den normalen Betrieb wie auch für den Trudelbetrieb bei Stillstand der WEA. Abbildung 48: Geometrisch bedingte Abschattung der Anemometer an ihren jeweil
ometer bedeutet dies, dass es ca. 35% der Zeit durch eines der drei
Rotorblätter abgeschattet wird. Dies gilt für den normalen Betrieb wie auch fürDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ng für die verschiedenen gewählten Positionen. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass diese Ergebnisse nicht auf andere Anlagentypen mit anderer Gondelform und anderem Profilverlauf der Rotorblätter übertragbar sind. Deutlich zeigen diese Messungen aber, dass es wichtig ist, das Verhalten des Gondelanemometers im Verhältnis zur freien Anströmung für jeden WEA-Typ exemplarisch durch
e Anlagentypen mit anderer Gondelform und anderem Profilverlauf der
Rotorblätter übertragbar sind. Deutlich zeigen diese Messungen aber, dass es wiDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
nkel definiert und erläutert.  Pitchwinkel: Das gesamte Rotorblatt einer konventionellen WEA lässt sich um die eigene Achse drehen. Die Pitchwinkeländerung variiert den Anstellwinkel der Rotorblätter .  Konuswinkel: Der Konuswinkel φ ist in Abbildung 59 zu erkennen, welcher die Neigung der Rotorblätter meistens inWindrichtung angibt.  Neigungswinkel: Der Neigungswinkel β ist in Abb
chse drehen. Die Pitchwinkeländerung variiert den Anstellwinkel der
Rotorblätter.  Konuswinkel: Der Konuswinkel φ ist in Abbildung 59 zu erkennenDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
um die eigene Achse drehen. Die Pitchwinkeländerung variiert den Anstellwinkel der Rotorblätter.  Konuswinkel: Der Konuswinkel φ ist in Abbildung 59 zu erkennen, welcher die Neigung der Rotorblätter meistens inWindrichtung angibt.  Neigungswinkel: Der Neigungswinkel β ist in Abbildung 59 zu erkennen, welcher den Neigungswinkel der Rotorachse angibt. Der Konuswinkel und der Neigungs
uswinkel φ ist in Abbildung 59 zu erkennen, welcher die Neigung der
Rotorblätter meistens inWindrichtung angibt.  Neigungswinkel: Der NeigungswinkDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
.  Neigungswinkel: Der Neigungswinkel β ist in Abbildung 59 zu erkennen, welcher den Neigungswinkel der Rotorachse angibt. Der Konuswinkel und der Neigungswinkel erhöhen den Freigang der Rotorblätter am Turm, wie es auf Abbildung 59 zu erkennen ist. In der Konstruktion von Windkraftanlagen kann so der Turm in Richtung Schwerpunkt verlagert werden, um die statischen und dynamischen Sp
bt. Der Konuswinkel und der Neigungswinkel erhöhen den Freigang der
Rotorblätter am Turm, wie es auf Abbildung 59 zu erkennen ist. In der KonstruktDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
= BSG v∞ Formel 6 Schnelllaufzahl Üblich ist eine Schnelllaufzahl von 5 bis 6 in der Megawatt-Klasse von Windkraftanlagen.  Fahnenstellung: Mit der Fahnenstellung wird die Stellung der Rotorblätter bezeichnet, bei der kein Auftrieb erzeugt wird. Im Stillstand werden die Rotorblätter in diese Position gebracht. Der Pitchwinkel ist in dieser Stellung 0°.  Der Widerstandsbeiwert cW u
en.  Fahnenstellung: Mit der Fahnenstellung wird die Stellung der
Rotorblätter bezeichnet, bei der kein Auftrieb erzeugt wird. Im Stillstand werdDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Megawatt-Klasse von Windkraftanlagen.  Fahnenstellung: Mit der Fahnenstellung wird die Stellung der Rotorblätter bezeichnet, bei der kein Auftrieb erzeugt wird. Im Stillstand werden die Rotorblätter in diese Position gebracht. Der Pitchwinkel ist in dieser Stellung 0°.  Der Widerstandsbeiwert cW und der Auftriebsbeiwert cA: Der Widerstandsbeiwert und der Auftriebsbeiwert sind dimen
chnet, bei der kein Auftrieb erzeugt wird. Im Stillstand werden die
Rotorblätter in diese Position gebracht. Der Pitchwinkel ist in dieser StellungDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
den Anlagen zum Vergleich ausgewählt wurden. Ziel ist es ein Modell zu entwerfen, mit dem beide Anlagentypen untersucht werden können. So werden die formgebenden Verkleidungsteile und die Rotorblätter bei einer Modellbaufirma in Auftrag gegeben und aus Polyurethan Blockmaterial gefräst. Dieser Kunststoff zeichnet sich durch eine gute Verarbeitbarkeit aus und ist so sehr gut für den Mo
werden können. So werden die formgebenden Verkleidungsteile und die
Rotorblätter bei einer Modellbaufirma in Auftrag gegeben und aus Polyurethan BlDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ur bis zu dieser Höhe auf dieser WEA aufgestellt werden kann. Der unterschiedliche Maßstab kommt daher, dass die Einflüsse der Gondelform unteranderem untersucht werden soll und daher die Rotorblätter nicht geändert werden sollen. Da das originale Rotorblatt der REpower Anlage größer ist als das der Vestas, wird für diese der kleinere Maßstab veranschlagt. Abbildung 69 links REpower 3
se der Gondelform unteranderem untersucht werden soll und daher die
Rotorblätter nicht geändert werden sollen. Da das originale Rotorblatt der REpoDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
spielt für die Untersuchung keine wesentliche Rolle und wird konstant gehalten, da der Rotor an sich schon ein Konuswinkel aufweist. Bei den originalen Anlagen im Betrieb biegen sich die Rotorblätter durch die Last stark durch und der wahre Konuswinkel variiert in radialer Richtung, was bei den Windkanalmodellen nicht auftritt. Allerdings ist zu beachten, dass die Konuswinkeländerung
kel aufweist. Bei den originalen Anlagen im Betrieb biegen sich die
Rotorblätter durch die Last stark durch und der wahre Konuswinkel variiert in rDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Richtung, was bei den Windkanalmodellen nicht auftritt. Allerdings ist zu beachten, dass die Konuswinkeländerung im Wurzelbereich an realen Anlagen vernachlässigbar ist. Pitch-Winkel der Rotorblätter Die Rotorblätter werden über einen Bolzen in der Rotornabe befestigt. Der Bolzen wird über eine kraftschlüssige Verbindung verspannt. Der Kraftschluss entsteht durch eine Schraube, die d
zelbereich an realen Anlagen vernachlässigbar ist. Pitch-Winkel der
Rotorblätter Die Rotorblätter werden über einen Bolzen in der Rotornabe befestiDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
i den Windkanalmodellen nicht auftritt. Allerdings ist zu beachten, dass die Konuswinkeländerung im Wurzelbereich an realen Anlagen vernachlässigbar ist. Pitch-Winkel der Rotorblätter Die Rotorblätter werden über einen Bolzen in der Rotornabe befestigt. Der Bolzen wird über eine kraftschlüssige Verbindung verspannt. Der Kraftschluss entsteht durch eine Schraube, die die Nabe zusammenz
len Anlagen vernachlässigbar ist. Pitch-Winkel der Rotorblätter Die
Rotorblätter werden über einen Bolzen in der Rotornabe befestigt. Der Bolzen wiDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
eren Bild ist der Bolzen an der Rotorblattwurzel zu erkennen. Auf dem rechten Bild ist das montierte Rotorblatt mit Spinner zu sehen. Der Spinner wird auf die Nabe geschoben und durch die Rotorblätter gehalten. Es ist auf dem rechten Bild ein Pitch-Winkel von 70° eingestellt. Die Striche auf dem Rotorblatt sind in 5° Schritte unterteilt. Abbildung 73 Rotorblattaufhängung (links Rotorn
ner zu sehen. Der Spinner wird auf die Nabe geschoben und durch die
Rotorblätter gehalten. Es ist auf dem rechten Bild ein Pitch-Winkel von 70° einDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ngs in Fahnenposition und Abbildung 83 zeigt die Transitionslinie durch Verschmutzung. Abbildung 82 Regentropfen auf der Sogseite eines Vestas-Rotorblattes. Abbildung 83 Verschmutzung der Rotorblätter einer Vestas V66 Die untersuchte REp-Anlage ist erst im Jahre 2012 errichtet worden. Hier sind noch keine Ablagerungen an der WEA erkennbar. Bei entsprechender Witterung ist es durch Sch
Sogseite eines Vestas-Rotorblattes. Abbildung 83 Verschmutzung der
Rotorblätter einer Vestas V66 Die untersuchte REp-Anlage ist erst im Jahre 2012Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Messparameter Bedingung Wert Anströmgeschwindigkeit 20 ms-1 Drehzahl des Rotors 150 min-1 ZZ auf dem Turm  70° ZZ auf den Rotorblättern  70° (vom Staupunkt aus gemessen) Pitchwinkel der Rotorblätter 90° Messdauer 120 s Tabelle 11: Standard Messbedingungen. Die Messdauer von 120 s ist so gewählt worden, dass mögliche Schwankungen über diese Zeit erfasst und gemittelt werden. Für jede
en Rotorblättern  70° (vom Staupunkt aus gemessen) Pitchwinkel der
Rotorblätter 90° Messdauer 120 s Tabelle 11: Standard Messbedingungen. Die MessDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Für jeden Messpunkt, mit einer Drehzahl von 150 U/min, wurden entsprechend über 300 Rotor Umdrehungen bzw. 900 RotorblattDurchgänge gemittelt. Zunächst werden die Gondeln mit Spinner ohne Rotorblätter vermessen, um zu erkennen, in wie weit die Form der Gondeln auf die Messwerte Einfluss nimmt. Hier wird mit einer Schräganströmung von 0°, 5° und 10° gemessen. Nachfolgend wird dieses Th
tDurchgänge gemittelt. Zunächst werden die Gondeln mit Spinner ohne
Rotorblätter vermessen, um zu erkennen, in wie weit die Form der Gondeln auf diDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ird dieses Thema Gondelvermessung genannt. Die Standardmessung wird wie in Tabelle 11 beschrieben bei 20 ms-1 Anströmung und 150 Umin-1 durchgeführt. Auch hier wird wie die Messungen ohne Rotorblätter mit Schräganströmung von 0°, 5° und 10° gemessen. Um die Messungen auf die originalen Anlagen übertragen zu können, werden noch weitere Messungen mit weiteren Konfigurationen durchgeführ
und 150 Umin-1 durchgeführt. Auch hier wird wie die Messungen ohne
Rotorblätter mit Schräganströmung von 0°, 5° und 10° gemessen. Um die MessungenDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
s mit der Entfernung zum Rotor die normierte mittlere Geschwindigkeit sich dem Sollwert 1 und damit der ungestörten Anströmgeschwindigkeit nähert. Es ist zu sehen, dass der Randwirbel der Rotorblätter (vgl. Kapitel II.1.3.4.4) keinen Einfluss auf den gondelnahen Bereich haben, da die Rotorblätter bei der zMod-Koordinate 570 mm (grüner Strich in Abbildung 105) enden und ab diesen Wert
römgeschwindigkeit nähert. Es ist zu sehen, dass der Randwirbel der
Rotorblätter (vgl. Kapitel II.1.3.4.4) keinen Einfluss auf den gondelnahen BereDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
it der ungestörten Anströmgeschwindigkeit nähert. Es ist zu sehen, dass der Randwirbel der Rotorblätter (vgl. Kapitel II.1.3.4.4) keinen Einfluss auf den gondelnahen Bereich haben, da die Rotorblätter bei der zMod-Koordinate 570 mm (grüner Strich in Abbildung 105) enden und ab diesen Wert liegen nahezu die Anströmbedingungen vor. Dies ist ein Zeichen dafür, dass die gewählte Rotorblat
.1.3.4.4) keinen Einfluss auf den gondelnahen Bereich haben, da die
Rotorblätter bei der zMod-Koordinate 570 mm (grüner Strich in Abbildung 105) enDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
auf immer mehr der freien Strömung an (ab über der weißen Linie in Abbildung 105). Dieser Bereich ist nicht mehr auf die originale Anlage übertragbar, da hier die Einflüsse der verkürzten Rotorblätter sichtbare Einflüsse auf die Strömung haben. Es wird davon ausgegangen, dass die Strömung bis ca. 400 mm über der Gondel übertragbar auf die originale WEA ist. Die veranschlagten 400 mm i
originale Anlage übertragbar, da hier die Einflüsse der verkürzten
Rotorblätter sichtbare Einflüsse auf die Strömung haben. Es wird davon ausgeganDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
Turmes wurde nicht simuliert. Abbildung 113. Vereinfachung der Modelgeometrie vor der Vernetzung. Quelle AkkaOctagon II.1.3.10.2 Stillstand Das Model stellt den Standstill Modus dar. Die Rotorblätter haben einen Pitchwinkel von 0°, und der Rotor dreht sich nicht. Abbildung 114 stellt die Ergebnisse der numerischen Simulation dar. Eine lokale Strömungsablösung ist im Wurzelbereich des
.1.3.10.2 Stillstand Das Model stellt den Standstill Modus dar. Die
Rotorblätter haben einen Pitchwinkel von 0°, und der Rotor dreht sich nicht. AbDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ndGuard GmbH Beteiligte Funktion Deutsche WindGuard GmbH Koordinator, Untersuchung und Auswertung Blattwinkel Die Durchführung der ursprünglich vorgesehenen mechanischen Verstellungen der Rotorblätter konnten nicht wie geplant durchgeführt werden. Die vorgesehene optische Rotorblattauswertung wurde vom Hersteller nicht anerkannt. Es wurde daher Bezug genommen auf im Vorfeld durchgefüh
ührung der ursprünglich vorgesehenen mechanischen Verstellungen der
Rotorblätter konnten nicht wie geplant durchgeführt werden. Die vorgesehene optDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
rch einen Windrichtungsgeber ausgelöst. Die Verbindung zwischen dem Turm und dem Maschinenhaus wird durch große, wälzlagerbestückte Drehkränze sichergestellt. 3.5 Rotornabe Sie trägt die Rotorblätter und enthält bei pitch-geregelten Anlagen die Antriebe (Motor, Umrichter) der Blattverstellung. In der Regel ist sie bei Megawattanlagen begehbar, um die Wartung und Kontrolle der Aggrega
erbestückte Drehkränze sichergestellt. 3.5 Rotornabe Sie trägt die
Rotorblätter und enthält bei pitch-geregelten Anlagen die Antriebe (Motor, UmriGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
ng und Kontrolle der Aggregate für die Blattverstellung und Sicherheitseinrichtungen zu ermöglichen. 3.6 Rotor Besteht aus den Rotorblättern und der Rotornabe; heute fast ausschließlich 3 Rotorblätter , rechtsdrehend. Die Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glasfaserverstärkter Polyester), seltener aus CFK, Metall oder HolzVerbundwerkstoffen. Bei Großanlagen werden die Rotorblä
us den Rotorblättern und der Rotornabe; heute fast ausschließlich 3
Rotorblätter, rechtsdrehend. Die Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
r die Blattverstellung und Sicherheitseinrichtungen zu ermöglichen. 3.6 Rotor Besteht aus den Rotorblättern und der Rotornabe; heute fast ausschließlich 3 Rotorblätter, rechtsdrehend. Die Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glasfaserverstärkter Polyester), seltener aus CFK, Metall oder HolzVerbundwerkstoffen. Bei Großanlagen werden die Rotorblätter inzwischen auch zweiteilig a
rnabe; heute fast ausschließlich 3 Rotorblätter, rechtsdrehend. Die
Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glasfaserverstärkter Polyester), seGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
orblätter, rechtsdrehend. Die Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glasfaserverstärkter Polyester), seltener aus CFK, Metall oder HolzVerbundwerkstoffen. Bei Großanlagen werden die Rotorblätter inzwischen auch zweiteilig ausgeführt und am Montageort der WKA zusammengesetzt. Rotorblätter einer 1,3-MW-Windenergieanlage bei Anlieferung Bild: REpower Systems AG Foto: Jan Oelker D
CFK, Metall oder HolzVerbundwerkstoffen. Bei Großanlagen werden die
Rotorblätter inzwischen auch zweiteilig ausgeführt und am Montageort der WKA zuGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
nzwischen auch zweiteilig ausgeführt und am Montageort der WKA zusammengesetzt. Rotorblätter einer 1,3-MW-Windenergieanlage bei Anlieferung Bild: REpower Systems AG Foto: Jan Oelker Die Rotorblätter sind bei modernen Windenergieanlagen drehbar an der Nabe befestigt, um die Regelung der Leistung per Blattverstellung (pitch) zu ermöglichen. Dafür werden große Wälzlager eingesetzt. Gro
lage bei Anlieferung Bild: REpower Systems AG Foto: Jan Oelker Die
Rotorblätter sind bei modernen Windenergieanlagen drehbar an der Nabe befestigtGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
eute durchweg geeignete Blitzschutzsysteme, welche Gondel, Rotorblätter und elektrische Einrichtungen wirksam vor den Folgen eines Einschlages schützen können. In der Vergangenheit wurden Rotorblätter ohne Blitzschutz häufiger bei einem Einschlag total zerstört. Die Funktionsfähigkeit des Blitzschutzsystems ist in regelmäßigen Intervallen zu überprüfen. Hierzu existieren einschlägige
lgen eines Einschlages schützen können. In der Vergangenheit wurden
Rotorblätter ohne Blitzschutz häufiger bei einem Einschlag total zerstört. Die Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
erschiedener Rotorblattschutzsysteme Ein neuer, innovativer Ansatz sind Ableiterstreifen als Rotorblattschutzsystem. Diese dünnen Bänder aus Metallsegmenten werden auf die Oberfläche der Rotorblätter geklebt. Durch ihren Aufbau schaffen sie einen Kanal aus ionisierter Luft, durch welchen der Blitz zum Aufnehmer geleitet wird. Der Vorteil der Ableiterstreifen ist die höhere Haltbarkei
ese dünnen Bänder aus Metallsegmenten werden auf die Oberfläche der
Rotorblätter geklebt. Durch ihren Aufbau schaffen sie einen Kanal aus ionisiertGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
chen Bauteile einer Windturbine. Im Offshore-Bereich ist die Struktur einer Windturbine Umweltbelastungen, wie z. B. Wind, Wasser, Sonne oder Salz ausgesetzt. Außerdem werden die neuesten Rotorblätter größer (> 80 m), die Türme werden höher (> 120 m) und die Masse des Turmkopfes wird größer, mit leistungsfähigeren und größeren Turbinen. Um die verbleibende Lebensdauer zu bestimmen, wi
d, Wasser, Sonne oder Salz ausgesetzt. Außerdem werden die neuesten
Rotorblätter größer (> 80 m), die Türme werden höher (> 120 m) und die Masse deGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
ie Absicht zurück, eine Schadenfrüherkennung zu entwickeln, um katastrophenauslösende Betriebszustände zu vermeiden und optimierte Wartungsstrategien einzuführen. Eine raue Oberfläche der Rotorblätter , die z. B. durch Umweltverschmutzung verursacht wird, Schäden an der Lackierung der Oberfläche der Rotorblätter oder Vereisung verringern die aerodynamische Leistung des Rotorblattes. Du
optimierte Wartungsstrategien einzuführen. Eine raue Oberfläche der
Rotorblätter, die z. B. durch Umweltverschmutzung verursacht wird, Schäden an dGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
den und optimierte Wartungsstrategien einzuführen. Eine raue Oberfläche der Rotorblätter, die z. B. durch Umweltverschmutzung verursacht wird, Schäden an der Lackierung der Oberfläche der Rotorblätter oder Vereisung verringern die aerodynamische Leistung des Rotorblattes. Durch die Überwachung der Prozessparameter, wie z. B. der Leistung im Verhältnis zur Windgeschwindigkeit, können s
tzung verursacht wird, Schäden an der Lackierung der Oberfläche der
Rotorblätter oder Vereisung verringern die aerodynamische Leistung des RotorblaGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
2-Blatt-, 4-Blatt-, Vielblatt-Rotoren, Savoniusrotor und Darrieusrotor finden sich unter den kleinsten Anlagen. • Während die Mehrzahl der Anlagen bis 600 kW noch stall-geregelt (starre Rotorblätter ) ist und feste Drehzahlen aufweist, hat sich in der MW-Klasse die Leistungsregelung per Blattverstellung (pitch) in Kombination mit variabler Drehzahl durchgesetzt. • Die Generatoren in
end die Mehrzahl der Anlagen bis 600 kW noch stall-geregelt (starre
Rotorblätter) ist und feste Drehzahlen aufweist, hat sich in der MW-Klasse die Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
Siemens) zielen vor allem auf den Offshore-Einsatz ab. Einer weiteren Steigerung der Leistung scheint nur durch die Grenzen in der Konstruktion der einzelnen Komponenten, insbesondere der Rotorblätter , Einhalt geboten zu werden. So hat der Rotor der 6 MW-Anlage von REpower bereits einen Durchmesser von 126 m, was eine Abmessung eines einzelnen Rotorblattes von mehr als 50 m Länge ergi
zen in der Konstruktion der einzelnen Komponenten, insbesondere der
Rotorblätter, Einhalt geboten zu werden. So hat der Rotor der 6 MW-Anlage von RGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
iche Anlagen in großen Stückzahlen hergestellt. Retrofitmaßnahmen sind z. B. für baugleiche Getriebe bereits in größeren Stückzahlen angefallen. Neben Generator und Getriebe sind auch die Rotorblätter immer wieder von Serienschäden betroffen. Das Schadenpotenzial rührt aus den Betriebsbedingungen der Windenergieanlage her. Um die Herkunft der Schäden zu umreißen, kann man die herrsch
Stückzahlen angefallen. Neben Generator und Getriebe sind auch die
Rotorblätter immer wieder von Serienschäden betroffen. Das Schadenpotenzial rüGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
ngen (Regelung) • Notabschaltung • Rückwärtsdrehen des Rotors 6.5 Andere Bedingungen • Transport • Montage • Wartung und Bedienung 7 Schadenszenarien 7.1 Onshore Windenergieanlagen 7.1.1 Rotorblätter • Risse (Längs- und Querrisse) • Schwingungsbrüche • Ablösungen, Laminationsfehler • Blitzschlag/Aufbrechen bzw. „Explosion“ des Blattes • Unzureichende Fixierung von Erdungsseilen in a
d Bedienung 7 Schadenszenarien 7.1 Onshore Windenergieanlagen 7.1.1
Rotorblätter • Risse (Längs- und Querrisse) • Schwingungsbrüche • Ablösungen, Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
.....................................................22 5.2.2 Mast ................................................................................................................23 5.2.3 Rotorblätter ......................................................................................................24 5.2.4 Generatoren ................................................................
...........................................................23 5.2.3
Rotorblätter...................................................................SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
Windenergieanlagen dar. Die theoretische Basis lieferte 1920 und 1926 Albert Betz mit seiner Theorie zur Berechnung der maximal möglichen Leistungsentnahme und der optimalen Geometrie der Rotorblätter . Er wies mit der Theorie der geschlossenen Stromröhre nach, dass mit einer Windenergieanlage durch Verzögerung der strömenden Luftmasse maximal 16/27 = 59 % der Leistung des Windes genut
maximal möglichen Leistungsentnahme und der optimalen Geometrie der
Rotorblätter. Er wies mit der Theorie der geschlossenen Stromröhre nach, dass mSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
end zu immer größeren und besseren Windenergieanlagen in rasantem Tempo voran. Durchgesetzt hat sich die WEA im direkten Netzanschluss zur Erzeugung von Strom. Sie hat meist zwei bis drei Rotorblätter , eine horizontale Achse, die Gondel mit Rotornabe, Getriebe und Generator sind dem Wind motorisch nachführbar. Der Rotor steht vor dem Turm in Windrichtung (Luv-Läufer)“ (WWEA, 2010). 3.
Netzanschluss zur Erzeugung von Strom. Sie hat meist zwei bis drei
Rotorblätter, eine horizontale Achse, die Gondel mit Rotornabe, Getriebe und GeSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
Wind steckt, in ein Drehmoment an den Rotorblättern umsetzt und diese mechanische Kraft über einen Generator in elektrische Energie umwandelt. Die Menge der Energie, die der Wind auf die Rotorblätter überträgt, ist abhängig von der Windgeschwindigkeit, der Luftdichte und der Größe der Rotorfläche. Die Leistung des Windes, der gerade durch eine kreisförmige Fläche bläst, lässt sich al
sche Energie umwandelt. Die Menge der Energie, die der Wind auf die
Rotorblätter überträgt, ist abhängig von der Windgeschwindigkeit, der LuftdichtSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
diesem Kapitel werden allgemein Windenergieanlagen (WEA) beschrieben sowie deren Funktionsweise erläutert. WEA unterscheiden sich in ihrer Bauweise durch die unterschiedliche Führung der Rotorblätter , welche horizontal und vertikal erfolgen kann. 4.1 Bauformen 4.1.1 Horizontale Rotorausrichtung Die Nutzung des Windes kann nach zwei unterschiedlichen Prinzipien erfolgen, nach dem Wide
eiden sich in ihrer Bauweise durch die unterschiedliche Führung der
Rotorblätter, welche horizontal und vertikal erfolgen kann. 4.1 Bauformen 4.1.1SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
. Letztere sorgt für die Drehung der Rotoren und ist ausschlaggebend für die Leistung der Windenergieanlage. Die Schubkraft hingegen lässt sich nicht sinnvoll nutzen. Sie drückt gegen die Rotorblätter und biegt diese durch. Daher müssen Rotorblätter stabil gebaut sein, um der Schubkraft widerstehen zu können (Quaschning, 2008). Zu den Anlagenkomponenten einer Windkraftanlage (vgl. Abb
aft hingegen lässt sich nicht sinnvoll nutzen. Sie drückt gegen die
Rotorblätter und biegt diese durch. Daher müssen Rotorblätter stabil gebaut seiSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
ist ausschlaggebend für die Leistung der Windenergieanlage. Die Schubkraft hingegen lässt sich nicht sinnvoll nutzen. Sie drückt gegen die Rotorblätter und biegt diese durch. Daher müssen Rotorblätter stabil gebaut sein, um der Schubkraft widerstehen zu können (Quaschning, 2008). Zu den Anlagenkomponenten einer Windkraftanlage (vgl. Abb. 10) zählen Mast, Gondel, Getriebe, Generator, R
e drückt gegen die Rotorblätter und biegt diese durch. Daher müssen
Rotorblätter stabil gebaut sein, um der Schubkraft widerstehen zu können (QuascSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
seines Aussehens oft auch mit einem Schneebesen oder mit Zwiebelschalen verglichen. Der Vorteil dieser Anlage besteht darin, dass unabhängig von welcher Richtung auch der Wind kommt, die Rotorblätter in Bewegung versetzt werden können4 . Nachteil ist jedoch, dass der Darrieus-Rotor schlechter regelbar ist und für den Betrieb in der Regel eine Anlaufhilfe benötigt. Die mechanischen un
arin, dass unabhängig von welcher Richtung auch der Wind kommt, die
Rotorblätter in Bewegung versetzt werden können4 . Nachteil ist jedoch, dass deSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
er Achse. Abb. 10: Darrieus-Rotor (Quelle: BWEA, 2010b). 4.1.2.2 H-Darrieus-Rotor Der H-Darrieus-Rotor (vgl. Abb. 12) ist eine Weiterentwicklung des Darrieus-Rotors. Anstatt der gebogenen Rotorblätter werden hier gerade Blätter verwendet, die über Haltestreben mit der Rotorwelle verbunden sind (Hau, 1996). Im Gegensatz zum Standard-DarrieusRotor sind hier die gerade verlaufenden Rotor
t eine Weiterentwicklung des Darrieus-Rotors. Anstatt der gebogenen
Rotorblätter werden hier gerade Blätter verwendet, die über Haltestreben mit deSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
. Sie benötigen keine Windnachführung und kühlen durch ihre Ausrichtung automatisch den Generator mit dem Wind. An der Gondel bilden sich jedoch Verwirbelungen die sich nachteilig auf die Rotorblätter auswirken und Leistungsschwankungen hervorrufen. Des Weiteren entstehen durch die Verwirbelungen Lärmemissionen. Abb. 13: Luvläufer (links) und Leeläufer (rechts) (Quelle: Wind-Energie,
ondel bilden sich jedoch Verwirbelungen die sich nachteilig auf die
Rotorblätter auswirken und Leistungsschwankungen hervorrufen. Des Weiteren entsSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
torleistung einer Windkraftanlage die Nennleistung. Um Anlagenschäden zu vermeiden, muss die Leistung begrenzt werden. Dies erfolgt durch die Stall-, Pitch- oder aktive Stall-Regelung der Rotorblätter . Eine einfache und effektive Variante zur Leistungsbegrenzung von Windkraftanlagen ist die „Stall-Regelung“. Das aerodynamische Profil der Rotorblätter ist so konzipiert, dass bei defini
ies erfolgt durch die Stall-, Pitch- oder aktive Stall-Regelung der
Rotorblätter. Eine einfache und effektive Variante zur Leistungsbegrenzung von SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
tch- oder aktive Stall-Regelung der Rotorblätter. Eine einfache und effektive Variante zur Leistungsbegrenzung von Windkraftanlagen ist die „Stall-Regelung“. Das aerodynamische Profil der Rotorblätter ist so konzipiert, dass bei definierten Windgeschwindigkeiten am Rotorblatt Turbulenzen entstehen, die zu einem Strömungsabriss führen. Der Effekt verstärkt sich mit zunehmender Geschwin
raftanlagen ist die „Stall-Regelung“. Das aerodynamische Profil der
Rotorblätter ist so konzipiert, dass bei definierten Windgeschwindigkeiten am RSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
ie Leistungsbegrenzung durch ein Verstellen des Anstellwinkels an den Rotorblättern. Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den Rotorblättern wird eine geringe Auftriebskraft erzeugt. Die Rotorblätter drehen langsamer und die Anlagenleistung ist dementsprechend gering. Bei schwachen Windgeschwindigkeiten von 0-4 m/s stehen die Blätter in Fahnenstellung. Der Pitchwinkel beträgt hierbei
an den Rotorblättern wird eine geringe Auftriebskraft erzeugt. Die
Rotorblätter drehen langsamer und die Anlagenleistung ist dementsprechend gerinSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
ge in ihrer Leistung her begrenzt werden. Der Pitchwinkel nimmt mit steigender Windgeschwindigkeit zu und liegt im Bereich von 0-30°. Muss die Anlage abgeschaltet werden, stellen sich die Rotorblätter wieder in die Fahnenstellung. Eine weitere Möglichkeit, die Leistung einer Windkraftanlage zu begrenzen, ist die aktive Stall-Regelung. Hierbei wird der Stall-Effekt durch das Verdrehen
ch von 0-30°. Muss die Anlage abgeschaltet werden, stellen sich die
Rotorblätter wieder in die Fahnenstellung. Eine weitere Möglichkeit, die LeistuSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
eder in die Fahnenstellung. Eine weitere Möglichkeit, die Leistung einer Windkraftanlage zu begrenzen, ist die aktive Stall-Regelung. Hierbei wird der Stall-Effekt durch das Verdrehen der Rotorblätter erzeugt. Die Rotorblattverdrehung erfolgt ähnlich wie im Pitch-System, jedoch in die Rotorebene hinein und mit einem kleineren Anstellwinkel. Bei sehr kleinen Windkraftanlagen wird die L
all-Regelung. Hierbei wird der Stall-Effekt durch das Verdrehen der
Rotorblätter erzeugt. Die Rotorblattverdrehung erfolgt ähnlich wie im Pitch-SysSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
gebracht und an zwei etwa drei Meter langen Stäben angeschlossen. Die Stäbe werden anschließend in einem Abstand von drei Metern senkrecht in den Boden eingelassen (Hallenga, 2004). 5.2.3 Rotorblätter Rotorblätter werden von Kleinwindkraftanlagen-Herstellern bereits fertig angeboten. Sie bestehen meist aus Glasfaser verstärkten Kunststoff, Aluminium oder Karbon. Ihr Durchmesser beträg
i Metern senkrecht in den Boden eingelassen (Hallenga, 2004). 5.2.3
Rotorblätter Rotorblätter werden von Kleinwindkraftanlagen-Herstellern bereits SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
an zwei etwa drei Meter langen Stäben angeschlossen. Die Stäbe werden anschließend in einem Abstand von drei Metern senkrecht in den Boden eingelassen (Hallenga, 2004). 5.2.3 Rotorblätter Rotorblätter werden von Kleinwindkraftanlagen-Herstellern bereits fertig angeboten. Sie bestehen meist aus Glasfaser verstärkten Kunststoff, Aluminium oder Karbon. Ihr Durchmesser beträgt bei kleinen
recht in den Boden eingelassen (Hallenga, 2004). 5.2.3 Rotorblätter
Rotorblätter werden von Kleinwindkraftanlagen-Herstellern bereits fertig angeboSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
unststoff, Aluminium oder Karbon. Ihr Durchmesser beträgt bei kleinen Anlagen von sechs Watt ca. 0,9 m und kann bei großen Anlagen von 20 kW bis zu neun Meter erreichen. Abb. 17 zeigt die Rotorblätter sowie weitere Komponenten der Kleinwindkraftanlage Flip 150 als Bausatz. Abb. 16: Rotorblätter und weitere Bauteile von Flip 150 (Quelle: Alfred-Gosser-Schule, 2006). Private Kleinwindkr
en Anlagen von 20 kW bis zu neun Meter erreichen. Abb. 17 zeigt die
Rotorblätter sowie weitere Komponenten der Kleinwindkraftanlage Flip 150 als BaSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
leinwindkraftanlage Flip 150 als Bausatz. Abb. 16: Rotorblätter und weitere Bauteile von Flip 150 (Quelle: Alfred-Gosser-Schule, 2006). Private Kleinwindkraftanlagenbetreiber fertigen die Rotorblätter auch in Eigenherstellung. Dabei werden oft die Materialien Holz, Metall, Aluminium oder Kunststoff verwendet. Voraussetzung ist hierbei eine Erfahrung in der Aerodynamik um ein geeignete
-Schule, 2006). Private Kleinwindkraftanlagenbetreiber fertigen die
Rotorblätter auch in Eigenherstellung. Dabei werden oft die Materialien Holz, MSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
von 100 Watt verursachen relativ geringe Schwingungen an Rotor und Generator und sind deshalb für eine Montage auf dem Gebäudedach geeignet. Das Windrad sollte in diesem Fall über mehrere Rotorblätter verfü- gen, da sie eine bessere Laufruhe erzeugen. Ab 500 Watt Leistung ist eine Montage auf Dächern unbewohnter Gebäude zu bevorzugen. Die Dachunterkonstruktion muss dabei stabil ausfal
ebäudedach geeignet. Das Windrad sollte in diesem Fall über mehrere
Rotorblätter verfü- gen, da sie eine bessere Laufruhe erzeugen. Ab 500 Watt LeiSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
chteile oder erhebliche Belästigungen für die Allgemeinheit oder Nachbarschaft hervorzurufen. Schattenwurf ist bei Kleinwindanlagen nicht zu erwarten, da die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorblätter viel höher ist als bei Großanlagen und die Flügelgröße gering ist. Für die Beurteilung notwendiger Abstände aufgrund von Lärmimmissionen wird auf Kapitel 6.1.2 verwiesen. 6.4.3 Abstände
windanlagen nicht zu erwarten, da die Umdrehungsgeschwindigkeit der
Rotorblätter viel höher ist als bei Großanlagen und die Flügelgröße gering ist.SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
übertragungstechnischen Teile auf Funktionstüchtigkeit bei Betrieb und Stillstand unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung in Zeitabständen von höchstens zwei Jahren, - die Rotorblätter auf Steifigkeit, auf die Beschaffenheit der Oberfläche und auf Rissbildung in Zeitabständen von höchstens zwei Jahren. 3. Der Betreiber hat die Prüfungen auf seine Kosten durch den Herst
gen Beeinflussung in Zeitabständen von höchstens zwei Jahren, - die
Rotorblätter auf Steifigkeit, auf die Beschaffenheit der Oberfläche und auf RisSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
technische Ausführung reicht von horizontal drehenden Rotoren mit Luv- und Leeläufern, bis hin zu Vertikalläufern. 6.8.4 Kosten In Tab. 12 sind Nennleistung, Laufrichtung, die Anzahl der Rotorblätter , Investitionskosten und Jahreskosten der betrachteten KWEA-Modelle dargestellt. Anzumerken ist hierbei, dass die angegebenen Werte zum Teil konkrete Angebote, zum Teil Internet-Richtprei
4 Kosten In Tab. 12 sind Nennleistung, Laufrichtung, die Anzahl der
Rotorblätter, Investitionskosten und Jahreskosten der betrachteten KWEA-ModelleSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
ler beschreibt seine Anlagen als eine hybride Lösung aus Darrieus - und Savonius - Prinzip. Der Aufbau entspricht grundsätzlich einem H – Darrieus – Rotor, bei dem statt geraden, gebogene Rotorblätter eingesetzt werden. Die Vorteile dieser Windrotoren sind: • Unabhängigkeit von der Windrichtung • Energieerzeugung auch bei extremen Sturmböen möglich • niedrige Anlaufgeschwindigkeit (2-
ätzlich einem H – Darrieus – Rotor, bei dem statt geraden, gebogene
Rotorblätter eingesetzt werden. Die Vorteile dieser Windrotoren sind: • UnabhänSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
n mehr aus Gründen des Firmenimages, als aus Gründen der Wirtschaftlichkeit installiert. Das Thema Nachhaltigkeit spielt in der Firmenphilosophie eine große Rolle. Des Weiteren dienen die Rotorblätter und die Verkleidung des Generators als Werbeflächen. 8. Fazit Der Kleinwindanlagenmarkt ist noch jung, aber sehr dynamisch und innovativ. Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Bauarten
in der Firmenphilosophie eine große Rolle. Des Weiteren dienen die
Rotorblätter und die Verkleidung des Generators als Werbeflächen. 8. Fazit Der SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
............................................ 8 2.1 Rotor .......................................................................................................................... 8 2.1.1 Rotorblätter ................................................................................................ 8 2.1.2 Pitchsystem .....................................................................
........................................................... 8 2.1.1
Rotorblätter ..................................................................Senvion SE
Senvion MM100 entwickelt. Durch die Verstärkung verschiedener Bauteile wie z.B. Rotorlager, Blattlager, Rotorwelle und Getriebe sowie den Einsatz von speziellen Werkstoffen im Bereich der Rotorblätter können die Lasten des Rotors sicher aufgenommen werden. 1.1 Technisches Konzept Den Vorgänger-Anlagen MD70 und MD77 folgend, besitzt die Senvion MM100 grundsätzlich identische Konzept-Me
etriebe sowie den Einsatz von speziellen Werkstoffen im Bereich der
Rotorblätter können die Lasten des Rotors sicher aufgenommen werden. 1.1 TechniSenvion SE
gsoptimiertes drehzahlvariables Generator-/Umrichtersystem ● Elektrische Einzelblattverstellung – „fail-safe“ Ausführung ● 3-Punkt-Lagerung ● „Tilted-Cone”-Konzept und vorgebogene, steife Rotorblätter für bestmögliche Gewichtsverteilung und sichere Lastübertragung ● Zuverlässiges Getriebekonzept ● Wartungsfreundlichkeit 1.2 Ansicht In der folgenden Seitenansicht wird die Gondel der Se
● 3-Punkt-Lagerung ● „Tilted-Cone”-Konzept und vorgebogene, steife
Rotorblätter für bestmögliche Gewichtsverteilung und sichere Lastübertragung ● Senvion SE
Generator 22 Maschinenträger 2 Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern, die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Pitchwinkel der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Pitchantriebe um ihre Längsachse verstellt und damit den Windbedingungen angepasst werden. Um den sicheren Betrieb des Pitchsystems auch bei Netza
ger drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Pitchwinkel der
Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Pitchantriebe um ihre LängSenvion SE
Teillastbereich, d.h. bei Anlagenbetrieb unterhalb der Nennwirkleistung, wird bei variabler Rotordrehzahl der Pitchwinkel konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der Rotorblätter gewährleistet. Im Nennlastbereich, d.h. bei Betrieb ab Nennwindgeschwindigkeit, wird die WEA mit konstantem Nennmoment und damit konstanter Wirkleistung betrieben. Änderungen der Rotordr
el konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der
Rotorblätter gewährleistet. Im Nennlastbereich, d.h. bei Betrieb ab NennwindgesSenvion SE
konstantem Nennmoment und damit konstanter Wirkleistung betrieben. Änderungen der Rotordrehzahl aufgrund sich verändernder Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des Pitchwinkels der Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine Beschleunigung des Rotors gespeichert und erst dann durch Verstellung des Pitchwinkels in gedämpfter Form in elektrische Energi
er Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des Pitchwinkels der
Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine BeschleSenvion SE
he Daten Rotor Rotordurchmesser 100 m Überstrichene Rotorfläche 7.854 m2 Nenndrehzahl 7,0- 13,9 min-1 Max. Blattspitzengeschwindigkeit 73 m/s Achsneigung der Rotorwelle 5° Konuswinkel der Rotorblätter 3,5° Drehrichtung (Betrachtung in Windrichtung auf den Rotor) Uhrzeigersinn bzw. rechts Anordnung zum Turm luvseitig 2.1.1 Rotorblätter Das Blattdesign der Senvion MM100 vereint eine sta
eschwindigkeit 73 m/s Achsneigung der Rotorwelle 5° Konuswinkel der
Rotorblätter 3,5° Drehrichtung (Betrachtung in Windrichtung auf den Rotor) UhrzSenvion SE
3 m/s Achsneigung der Rotorwelle 5° Konuswinkel der Rotorblätter 3,5° Drehrichtung (Betrachtung in Windrichtung auf den Rotor) Uhrzeigersinn bzw. rechts Anordnung zum Turm luvseitig 2.1.1 Rotorblätter Das Blattdesign der Senvion MM100 vereint eine starke Struktur, um auch starken Böen zu widerstehen, mit einer Leichtbaukonstruktion, um die Kraftübertragung auf die Gondel zu minimieren
Rotor) Uhrzeigersinn bzw. rechts Anordnung zum Turm luvseitig 2.1.1
Rotorblätter Das Blattdesign der Senvion MM100 vereint eine starke Struktur, umSenvion SE
ren. Dies wird durch die Verwendung einer Sandwichkonstruktion bestehend aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) ermöglicht, welche die erforderlichen Materialeigenschaften besitzt. Die Rotorblätter sind im Hinblick auf eine hohe aerodynamische Effizienz und eine Reduzierung der Geräuschemissionen der Senvion MM100 angepasst worden. Eine spezielle Beschichtung der Blätter schützt di
licht, welche die erforderlichen Materialeigenschaften besitzt. Die
Rotorblätter sind im Hinblick auf eine hohe aerodynamische Effizienz und eine RSenvion SE
lung sowie durch Feuchtigkeit. Zur Vermeidung von Erosion werden darüber hinaus die Blattvorderkanten durch weitere Maßnahmen besonders geschützt (wie z.B. Anti-Erosions-Folien o.ä.). Die Rotorblätter haben die Farbe Lichtgrau (RAL 7035), welche ebenso eine Standardfarbe für die Gondel und den Turm ist. Die Effekte von Reflektionen werden dadurch effizient reduziert, ohne einen Einflu
ahmen besonders geschützt (wie z.B. Anti-Erosions-Folien o.ä.). Die
Rotorblätter haben die Farbe Lichtgrau (RAL 7035), welche ebenso eine StandardfSenvion SE
ie Gondel und den Turm ist. Die Effekte von Reflektionen werden dadurch effizient reduziert, ohne einen Einfluss auf die Leistungskennlinie der Senvion MM100 zu haben. Optional können die Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Bitte beachten Sie, dass sich die Senvion SE das Recht vorbehält, die Wahl des Rotorblatttyps selber zu treffen, ohne dieses mit dem Kunden
Leistungskennlinie der Senvion MM100 zu haben. Optional können die
Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Bitte beachten Sie,Senvion SE
n werden. Bitte beachten Sie, dass sich die Senvion SE das Recht vorbehält, die Wahl des Rotorblatttyps selber zu treffen, ohne dieses mit dem Kunden vorab zu besprechen. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 48,9 m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 2.1.2 Pitchsystem Die Rotorblätter
n, ohne dieses mit dem Kunden vorab zu besprechen. Technische Daten
Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 48,9 m RotorblattmateriaSenvion SE
Sie, dass sich die Senvion SE das Recht vorbehält, die Wahl des Rotorblatttyps selber zu treffen, ohne dieses mit dem Kunden vorab zu besprechen. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 48,9 m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 2.1.2 Pitchsystem Die Rotorblätter sind über Blattlager dre
unden vorab zu besprechen. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der
Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 48,9 m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter KSenvion SE
n Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 48,9 m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 2.1.2 Pitchsystem Die Rotorblätter sind über Blattlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und können individuell um die Längsache mittels des Pitchsystems verstellt werden. Jedes Rotorblatt besitzt hierfür ein individue
in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 2.1.2 Pitchsystem Die
Rotorblätter sind über Blattlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und könneSenvion SE
ystem Das Bremssystem besteht aus einem primären aerodynamischen Bremssystem und aus einem sekundären mechanischen Bremssystem. Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch durch Verstellen der Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängigen
system. Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch durch Verstellen der
Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei RoSenvion SE
und aus einem sekundären mechanischen Bremssystem. Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch durch Verstellen der Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verstellen eines einzelnen Rotorblattes reicht a
ter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei
Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls werden Senvion SE
atz erkannt, wird die WEA automatisch gestoppt. Der Neustart erfolgt ebenfalls automatisch, wenn Eisansatz ausgeschlossen werden kann. Wenn nach einer Vor-Ort-Sichtung die Eisfreiheit der Rotorblätter gemeldet wurde, kann unter bestimmten Voraussetzungen auch ein manueller Neustart der WEA aktiviert werden. Anlagenstopp und Neustart werden in der WEA-Steuerung erfasst und stehen für e
n werden kann. Wenn nach einer Vor-Ort-Sichtung die Eisfreiheit der
Rotorblätter gemeldet wurde, kann unter bestimmten Voraussetzungen auch ein manSenvion SE
dem 2. Weltkrieg sanken die Energiepreise und das Interesse an der Windenergie. Von 1958 – 1968 war auf der Schwäbischen Alb eine 100-kWAnlage in Betrieb, die bereits über aerodynamische Rotorblätter aus Glasfaserverbundmaterial mit Pendelnabe verfügte. Infolge der beiden Ölpreiskrisen und des wachsenden Umweltbewusstseins begann ab 1975 weltweit das Comeback der Windenergie. Geförd
n Alb eine 100-kWAnlage in Betrieb, die bereits über aerodynamische
Rotorblätter aus Glasfaserverbundmaterial mit Pendelnabe verfügte. Infolge derBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
den sogenannten Leistungsbeiwert zwischen 40 und 50%. Nutzungsmöglichkeiten der Windenergie sind das Widerstands- und das Auftriebsprinzip. Widerstandläufer nutzen den Luftwiderstand der Rotorblätter aus, der abhängig ist von der Windgeschwindigkeit und der Größe der Fläche. Derartige Anlagen drehen wegen ihrer großen Rotorfläche bei niedrigen Windgeschwindigkeiten an, haben bei höhe
as Auftriebsprinzip. Widerstandläufer nutzen den Luftwiderstand der
Rotorblätter aus, der abhängig ist von der Windgeschwindigkeit und der Größe deBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
chter arbeitet. Getriebeanlagen haben mehr bewegte Teile und sind damit fehleranfälliger als getriebelose, auf der anderen Seite sind sie aber insgesamt deutlich leichter und kleiner. Die Rotorblätter drehen ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s an und ab etwa 12 – 15 m/s erreichen die Generatoren die Nennleistung, die sie dann auch bei höheren Windgeschwindigkeiten konstant beibehal
en Seite sind sie aber insgesamt deutlich leichter und kleiner. Die
Rotorblätter drehen ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s an und ab etwa 12 – BINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
Energie nicht aufnehmen. Umgebungsbedingte Faktoren: zu niedrige oder zu hohe Windgeschwindigkeiten, Schattenwurf: Abschaltung bei entsprechendem Sonnenstand und Wetterlage, Vereisung der Rotorblätter im Winter (u.A. Unfallvermeidung), Boden- und Landschaftsform, Beeinflussung der WKA eines Windparks untereinander. Bei den anlagenbedingten Faktoren wird in den nachfolgenden Betrachtun
altung bei entsprechendem Sonnenstand und Wetterlage, Vereisung der
Rotorblätter im Winter (u.A. Unfallvermeidung), Boden- und Landschaftsform, BeeRUBIKONE-Team Eschach
Begrenzung und Optimierung der Leistung erfolgen über eine Pitch-Regelung. So steigt die Produktivität, während die Windlasten auf die An lage sinken. Rotorblätter Siemens stellt die B52 Rotorblätter aus Epoxidharz in eigenen Pro duktionsstätten und in einem speziellen Verfahren her: dem Integral-Blade®-Prozess. Dabei erfolgt die Herstellung in einem Stück – das vermeidet Klebefugen,
dlasten auf die An lage sinken. Rotorblätter Siemens stellt die B52
Rotorblätter aus Epoxidharz in eigenen Pro duktionsstätten und in einem spezielSiemens AG
lung in einem Stück – das vermeidet Klebefugen, eliminiert Schwachstellen und schafft die Vorraussetzungen für ein Höchstmaß an Qualität. Das aerodynamische Profil und bauliche Design der Rotorblätter entsprechen dem neuesten Stand der Windener gieanlagenTechnik. Hohe Sicherheitsreserven sind selbstverständlich. Rotornabe Die Rotornabe aus Kugelgraphitguss wird direkt an die Hauptwell
tmaß an Qualität. Das aerodynamische Profil und bauliche Design der
Rotorblätter entsprechen dem neuesten Stand der Windener gieanlagenTechnik. HohSiemens AG
aufgrund des Pitchsystems die Leistung konstant auf Nennleistung gehalten. Gleichzeitig werden die Windlasten minimiert. Bei Windgeschwindigkeiten über 25 m/s erfolgt durch Verstellen der Rotorblätter eine automatische Abschaltung. Sobald die Windgeschwindigkeit unterhalb des Wiedereinschaltwertes sinkt, werden die Sicherheitssysteme automatisch zurückgesetzt: Die Rotorblätter stellen
Bei Windgeschwindigkeiten über 25 m/s erfolgt durch Verstellen der
Rotorblätter eine automatische Abschaltung. Sobald die Windgeschwindigkeit unteSiemens AG
llen der Rotorblätter eine automatische Abschaltung. Sobald die Windgeschwindigkeit unterhalb des Wiedereinschaltwertes sinkt, werden die Sicherheitssysteme automatisch zurückgesetzt: Die Rotorblätter stellen sich in Betriebsstellung und die Anlage startet neu. Fernüberwachung Die SWT-3.6-107 ist mit einem WebWPS SCADA-System ausgestattet. Dieses Anlagenfernüberwachungssystem bietet K
sinkt, werden die Sicherheitssysteme automatisch zurückgesetzt: Die
Rotorblätter stellen sich in Betriebsstellung und die Anlage startet neu. FernüSiemens AG
sind die Schallemissionen der Anlagen. Die von der Anlage verursachten Geräusche sind maßgeblich von der Umlaufgeschwindigkeit der Rotorblattspitzen sowie der qualitativen Ausführung der Rotorblätter abhängig. Die Umlaufgeschwindigkeit ist im Vergleich zu Vertikalachsern in der Regel recht hoch. Die nach der TA Lärm einzuhaltenden Abstände der Anlagen zum nächsten Immissionsort sind
digkeit der Rotorblattspitzen sowie der qualitativen Ausführung der
Rotorblätter abhängig. Die Umlaufgeschwindigkeit ist im Vergleich zu VertikalacHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
ekippt. Die Windlast verringert sich hierbei erheblich und stellt geringere statische Anforderungen an die Anlage. Bei anderen Anlagen wiederum wird die Windlast durch eine Verdrehung der Rotorblätter , dem sog. Pitch (aktiv/passiv), verringert. Diese Anlagen werden teilweise auch bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten betrieben. Kleinwindenergieanlagen mit vertikaler Achse weisen selten
nderen Anlagen wiederum wird die Windlast durch eine Verdrehung der
Rotorblätter, dem sog. Pitch (aktiv/passiv), verringert. Diese Anlagen werden tHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
llständig verhindert werden indem eine automatische Abschaltung der Anlage bei Wetterbedingungen erfolgt, die Eisansatz begünstigen können, oder indem z.B. eine spezielle Beschichtung der Rotorblätter etc. den Eisansatz verhindert. Verunstaltungsverbot Kleinwindanlagen verstoßen in der Regel nicht gegen das Verunstaltungsverbot aus § 9 BauO Bln, sofern sich Dominanz und Anzahl der Kle
begünstigen können, oder indem z.B. eine spezielle Beschichtung der
Rotorblätter etc. den Eisansatz verhindert. Verunstaltungsverbot KleinwindanlagHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
bewegten Schatten kommen, wenn der Rotor zu bestimmten Jahres- und Tageszeiten zwischen Sonne und der beschatteten Fläche steht. Zum anderen kann Sonnenlicht an der glatten Oberfläche der Rotorblätter reflektiert werden. Die Reflexionen werden u.U. in der Umgebung als belästigende Lichtblitze wahrgenommen (sog. Diskoeffekt). Die Frage, ob die Lichteffekte schädliche Umwelteinwirkungen
e steht. Zum anderen kann Sonnenlicht an der glatten Oberfläche der
Rotorblätter reflektiert werden. Die Reflexionen werden u.U. in der Umgebung alHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
tet und schaltet bei problematischen Lichtverhältnissen automatisch ab (vgl. dazu Nr. 1.3 und 3 WEA-Schattenwurf-Hinweise). Der sog. Diskoeffekt lässt sich durch eine matte Lackierung der Rotorblätter verhindern (dazu Nr. 4.2 WEA-Schattenwurf-Hinweise). Durch die Beschichtung werden die Intensität möglicher Lichtreflexe und verursachte Belästigungswirkungen minimiert. Erschütterungen
e). Der sog. Diskoeffekt lässt sich durch eine matte Lackierung der
Rotorblätter verhindern (dazu Nr. 4.2 WEA-Schattenwurf-Hinweise). Durch die BesHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
n Kleinwindanlagen und geschützten Tierarten. Während des dreijährigen Betriebs einer Dach-Kleinwindanlage im Bezirk Lichtenberg wurde jedoch bei regelmäßigen Kontrollgängen nie ein durch Rotorblätter verletztes oder getötetes Tier entdeckt obwohl sich die Anlage in Gewässernähe befand und Vögel in unmittelbarer Nähe zu der Anlage nisteten. Nach jetzigem Erkenntnisstand ist daher davo
htenberg wurde jedoch bei regelmäßigen Kontrollgängen nie ein durch
Rotorblätter verletztes oder getötetes Tier entdeckt obwohl sich die Anlage in Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
durchmesser von 100, 117 und 131 Metern. Die Blätter NR50, NR58,5 und NR65,5 hat Nordex im eigenen Haus entwickelt. Dadurch erreichen wir schlüssige Gesamtanlagenkonzepte. Die effizienten Rotorblätter sind perfekt auf die jeweilige Anlagentechnik abgestimmt. Die vierte Generation der NordexMulti-Megawatt-Plattform vereint bewährte, zuverlässige Technik mit gezielten Weiterentwicklunge
rch erreichen wir schlüssige Gesamtanlagenkonzepte. Die effizienten
Rotorblätter sind perfekt auf die jeweilige Anlagentechnik abgestimmt. Die vierNordex
en sich unter Punkt 7.4.1 und können der schalltechnischen Untersuchung entnommen werden. Periodischer Schattenwurf ist die wiederkehrende Verschattung des direkten Sonnenlichts durch die Rotorblätter einer Windenergieanlage. Durch technische Einrichtungen ist sicherzustellen, dass der periodische Schattenwurf an den maßgeblichen Immissionsorten der hiervon betroffenen Bebauung die An
die wiederkehrende Verschattung des direkten Sonnenlichts durch die
Rotorblätter einer Windenergieanlage. Durch technische Einrichtungen ist sicherStadt Beverungen
st (z.B. bei der möglichen Verdeckung eines Feuerkopfs durch ein Rotorblatt), werden zwei Feuerköpfe auf einer WEA eingesetzt. Die Feuerköpfe werden so auf der Gondel angebracht, dass die Rotorblätter zu keiner Zeit beide Feuerköpfe verdecken können. Über das integrierte Synchronisationsmodul kann das Blinken mehrerer REpower WEA mit der Gefahrenbefeuerung Nacht/Tag [Germany] miteinan
setzt. Die Feuerköpfe werden so auf der Gondel angebracht, dass die
Rotorblätter zu keiner Zeit beide Feuerköpfe verdecken können. Über das integriREpower Systems AG, REpower Systems SE
........................................8 2.1 Rotor.................................................................................................................................8 2.1.1 Rotorblätter .......................................................................................................................9 2.1.2 Blattverstellsystem.........................................
............................................................8 2.1.1
Rotorblätter...................................................................REpower Systems AG, REpower Systems SE
................16 Verzeichnis der Tabellen Tabelle 1: Technische Daten Rotor.................................................................................9 Tabelle 2: Technische Daten Rotorblätter .......................................................................9 Tabelle 3: Technische Daten Blattverstellung...............................................................10 Tabe
......................................9 Tabelle 2: Technische Daten
Rotorblätter...................................................................REpower Systems AG, REpower Systems SE
eichbar mit 2MW Anlagen (z.B. Baureihe REpower MM) Elektrische Einzelblattverstellung in „fail-safe“ Ausführung 3-Punkt Lagerung des Triebstranges „Tilted-Cone”-Konzept und vorgebogene Rotorblätter für bestmögliche Gewichtsverteilung und sichere Lastübertragung Zuverlässiges Getriebekonzept Leitergeführte Befahranlage Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Roto
t Lagerung des Triebstranges „Tilted-Cone”-Konzept und vorgebogene
Rotorblätter für bestmögliche Gewichtsverteilung und sichere Lastübertragung ZREpower Systems AG, REpower Systems SE
Leitergeführte Befahranlage Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern, die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Anstellwinkel der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Blattverstellantriebe um ihre Längsachse verstellt und damit den Windbedingungen angepasst werden. Um den sicheren Betrieb des Blattverstellmechan
r drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Anstellwinkel der
Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Blattverstellantriebe um iREpower Systems AG, REpower Systems SE
tbereich, d.h. bei Anlagenbetrieb unterhalb der Nennwirkleistung, wird bei variabler Rotordrehzahl der Blattverstellwinkel konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der Rotorblätter gewährleistet. Im Nennlastbereich, d.h. bei Betrieb ab Nennwindgeschwindigkeit, wird die WEA mit konstantem Nennmoment und damit konstanter Wirkleistung betrieben. Änderungen der Rotordr
el konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der
Rotorblätter gewährleistet. Im Nennlastbereich, d.h. bei Betrieb ab NennwindgesREpower Systems AG, REpower Systems SE
nstantem Nennmoment und damit konstanter Wirkleistung betrieben. Änderungen der Rotordrehzahl aufgrund sich verändernder Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des Anstellwinkels der Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine Beschleunigung des Rotors gespeichert und erst dann durch Blattwinkelverstellung in gedämpfter Form in elektrische Energie umge
Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des Anstellwinkels der
Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine BeschleREpower Systems AG, REpower Systems SE
5 ° Konuswinkel der Blätter 4,0 ° Drehrichtung (Betrachtung in Windrichtung auf den Rotor) Uhrzeigersinn, bzw. rechts Anordnung zum Turm luvseitig Tabelle 1: Technische Daten Rotor 2.1.1 Rotorblätter Das Blattdesign der REpower 3.2M114 vereint eine starke Struktur, um auch starken Böen zu widerstehen, mit einer Leichtbaukonstruktion, um die Kraftübertragung auf die Gondel zu minimier
nordnung zum Turm luvseitig Tabelle 1: Technische Daten Rotor 2.1.1
Rotorblätter Das Blattdesign der REpower 3.2M114 vereint eine starke Struktur, REpower Systems AG, REpower Systems SE
ren. Dies wird durch die Verwendung einer Sandwichkonstruktion bestehend aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) ermöglicht, welche die erforderlichen Materialeigenschaften besitzt. Die Rotorblätter sind im Hinblick auf eine hohe aerodynamische Effizienz und eine Reduzierung der Geräuschemissionen der REpower 3.2M114 angepasst worden. Eine spezielle Beschichtung der Blätter schützt
licht, welche die erforderlichen Materialeigenschaften besitzt. Die
Rotorblätter sind im Hinblick auf eine hohe aerodynamische Effizienz und eine RREpower Systems AG, REpower Systems SE
lung sowie durch Feuchtigkeit. Zur Vermeidung von Erosion werden darüber hinaus die Blattvorderkanten durch weitere Maßnahmen besonders geschützt (wie z.B. Anti-Erosions-Folien o.ä.). Die Rotorblätter haben die Farbe Lichtgrau (RAL 7035), welches ebenso eine Standardfarbe für die Gondel und den Turm ist. Die Effekte von Reflektionen werden dadurch effizient reduziert, ohne einen Einfl
ahmen besonders geschützt (wie z.B. Anti-Erosions-Folien o.ä.). Die
Rotorblätter haben die Farbe Lichtgrau (RAL 7035), welches ebenso eine StandardREpower Systems AG, REpower Systems SE
Gondel und den Turm ist. Die Effekte von Reflektionen werden dadurch effizient reduziert, ohne einen Einfluss auf die Leistungskennlinie der REpower 3.2M114 zu haben. Optional können die Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in S
eistungskennlinie der REpower 3.2M114 zu haben. Optional können die
Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Technische Daten RoREpower Systems AG, REpower Systems SE
nt reduziert, ohne einen Einfluss auf die Leistungskennlinie der REpower 3.2M114 zu haben. Optional können die Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 Tabelle 2: Technische Daten Rotorblä
ter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Technische Daten
Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m RotorblattmaterialREpower Systems AG, REpower Systems SE
Einfluss auf die Leistungskennlinie der REpower 3.2M114 zu haben. Optional können die Rotorblätter mit Rotorblattkennzeichnungen versehen werden. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 Tabelle 2: Technische Daten Rotorblätter 2.1.2 Blattverstel
ichnungen versehen werden. Technische Daten Rotorblätter Anzahl der
Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter KuREpower Systems AG, REpower Systems SE
orblätter Anzahl der Rotorblätter 3 Rotorblattlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 Tabelle 2: Technische Daten Rotorblätter 2.1.2 Blattverstellsystem Die Rotorblätter sind über Blattlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und können individuell um die Längsache mittels des Blattverstellsystems verstellt we
ndwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 Tabelle 2: Technische Daten
Rotorblätter 2.1.2 Blattverstellsystem Die Rotorblätter sind über Blattlager dREpower Systems AG, REpower Systems SE
ttlänge 55,8m Rotorblattmaterial Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Sandwichbauweise Rotorblattfarbe RAL 7035 Tabelle 2: Technische Daten Rotorblätter 2.1.2 Blattverstellsystem Die Rotorblätter sind über Blattlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und können individuell um die Längsache mittels des Blattverstellsystems verstellt werden. Jedes Rotorblatt besitzt hierfür ein i
lle 2: Technische Daten Rotorblätter 2.1.2 Blattverstellsystem Die
Rotorblätter sind über Blattlager drehbar mit der Rotornabe verbunden und könneREpower Systems AG, REpower Systems SE
giges Raumangebot im Maschinenhaus für Wartung und Service Zugang zur Rotornabe aus dem Innern des Maschinenhauses 4.2 Bremsen Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch, durch Verfahren der Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls, werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängige
Bremsen Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch, durch Verfahren der
Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei RoREpower Systems AG, REpower Systems SE
abe aus dem Innern des Maschinenhauses 4.2 Bremsen Der Bremsvorgang erfolgt aerodynamisch, durch Verfahren der Rotorblätter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls, werden die Verstellmotoren durch ihre unabhängigen Batteriesätze versorgt. Das Verfahren eines einzelnen Rotorblattes reicht a
ter in die 90° Position. Jede einzelne Verstellvorrichtung der drei
Rotorblätter arbeitet komplett unabhängig. Im Falle eines Stromausfalls, werdenREpower Systems AG, REpower Systems SE
atz erkannt, wird die WEA automatisch gestoppt. Der Neustart erfolgt ebenfalls automatisch, wenn Eisansatz ausgeschlossen werden kann. Wenn nach einer Vor-Ort-Sichtung die Eisfreiheit der Rotorblätter gemeldet wurde, kann unter bestimmten Voraussetzungen auch ein manueller Neustart der WEA aktiviert werden. Anlagenstopp und Neustart werden in der WEA- Steuerung erfasst und stehen für
n werden kann. Wenn nach einer Vor-Ort-Sichtung die Eisfreiheit der
Rotorblätter gemeldet wurde, kann unter bestimmten Voraussetzungen auch ein manREpower Systems AG, REpower Systems SE
auftrag. Dabei ist die Farbgebung wie folgt festgelegt: 1.1 Farbgebung Die äußerlich sichtbaren Komponenten von REpower Windenergieanlagen werden mit den folgenden Farbtönen versehen: der Rotorblätter RAL 7035 (matt) der Gondelverkleidung RAL 7035 (matt) des Turmes RAL 7035 (matt) Ab einer Gesamthöhe von 100 m ist unter Umständen eine Tageskennzeichnung der Rotorblätter vorgesehen. Fa
Windenergieanlagen werden mit den folgenden Farbtönen versehen: der
Rotorblätter RAL 7035 (matt) der Gondelverkleidung RAL 7035 (matt) des Turmes RREpower Systems AG, REpower Systems SE
n versehen: der Rotorblätter RAL 7035 (matt) der Gondelverkleidung RAL 7035 (matt) des Turmes RAL 7035 (matt) Ab einer Gesamthöhe von 100 m ist unter Umständen eine Tageskennzeichnung der Rotorblätter vorgesehen. Farben von der Blattspitze nach innen: 6 m RAL 9002 (verkehrsorange) / 6 m RAL 3020 (verkehrsrot) oder gleichwertig 6 m RAL 9016 (verkehrsweiß) / 6 m RAL 7035 (lichtgrau) ode
esamthöhe von 100 m ist unter Umständen eine Tageskennzeichnung der
Rotorblätter vorgesehen. Farben von der Blattspitze nach innen: 6 m RAL 9002 (vREpower Systems AG, REpower Systems SE
rad von Roterblättern Störenden Lichtblitzen (Dicoeffekten) ist durch die Verwendung nicht reflektierenden Farben und matter Glanzgerade gemäß DIN 67530/ISO 2813-1978 für Turm, Gondel und Rotorblätter unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Anforderungen der DIN 6171-1 vorgebeugt. Der Reflektionswert ist mit 30 +-10 Glanzeinheiten definiert. Messungen an Rotorblättern ergaben Glanzz
tter Glanzgerade gemäß DIN 67530/ISO 2813-1978 für Turm, Gondel und
Rotorblätter unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Anforderungen der DIN 61REpower Systems AG, REpower Systems SE
. Der Reflektionswert ist mit 30 +-10 Glanzeinheiten definiert. Messungen an Rotorblättern ergaben Glanzzahlen in der Größenordnung von 5-10%. Mit der hellgrauen Farbe (RAL 7035) sind die Rotorblätter bereits so matt, wie es technisch möglich ist, ohne die Leistung zu verringern oder Schmutztendenzen zu steigern. Die Rotorblätter können jedoch unter allen Umständen als „matt“ bezeichn
ößenordnung von 5-10%. Mit der hellgrauen Farbe (RAL 7035) sind die
Rotorblätter bereits so matt, wie es technisch möglich ist, ohne die Leistung zREpower Systems AG, REpower Systems SE
von 5-10%. Mit der hellgrauen Farbe (RAL 7035) sind die Rotorblätter bereits so matt, wie es technisch möglich ist, ohne die Leistung zu verringern oder Schmutztendenzen zu steigern. Die Rotorblätter können jedoch unter allen Umständen als „matt“ bezeichnet werden. Rotorblattkennzeichnung 3x6 m Rotorblattkennzeichnung 3x6 m Verzeichnis relevanter Dokumente...........................
e die Leistung zu verringern oder Schmutztendenzen zu steigern. Die
Rotorblätter können jedoch unter allen Umständen als „matt“ bezeichnet werden. REpower Systems AG, REpower Systems SE
es- und Nachtkennzeichnung an. Das Produkt Rotorblattkennzeichnung 3x6 m kann zur Tageskennzeichnung von REpower MM und 3.XM WEA eingesetzt werden. 2 Funktionsbeschreibung Die Spitzen der Rotorblätter werden durch drei Farbstreifen in den Farben rot – grau – rot von je sechs Metern Länge als Luftfahrthindernis gekennzeichnet. Die Rotorblattkennzeichnung 3x6 m kann je nach regionalen B
3.XM WEA eingesetzt werden. 2 Funktionsbeschreibung Die Spitzen der
Rotorblätter werden durch drei Farbstreifen in den Farben rot – grau – rot von REpower Systems AG, REpower Systems SE
en, dass aus jeder Richtung mindestens zwei Hindernisfeuer zu sehen sind, werden vier Hindernisfeuer am Turm installiert. Die Befeuerungsebene wird so installiert, dass sie durch stehende Rotorblätter nicht verdeckt werden kann. Für den Fall eines Netzausfalls enthält die Turmbefeuerung 4x10 cd eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit einer Kapazität von mindestens zwei Stun
. Die Befeuerungsebene wird so installiert, dass sie durch stehende
Rotorblätter nicht verdeckt werden kann. Für den Fall eines Netzausfalls enthälREpower Systems AG, REpower Systems SE
bnahmebericht ist dem Kreis Lippe, 630 Bauen, 630.2 Technische Bauaufsicht bis zur Schlussabnahme vorzulegen. (Pkt. 31 der o.g. Typenprüfung, 2250497-1-d Rev.2 vom 29.06.2015) 11. Für die Rotorblätter und die Maschine (inklusive der Steuerung) sind Abnahmegutachten durch einen Sachverständigen für Windenergieanlagen zu erstellen. Darin ist der Auflagenvollzug der gutachterlichen Stell
er o.g. Typenprüfung, 2250497-1-d Rev.2 vom 29.06.2015) 11. Für die
Rotorblätter und die Maschine (inklusive der Steuerung) sind Abnahmegutachten dKreis Lippe Der Landrat
erkehrsrechtliche Nebenbestimmungen und Hinweise der Bezirksregierung Münster, Dezernat 26 - Luftverkehr 1. Da eine Tageskennzeichnung für die Windenergieanlage erforderlich ist, sind die Rotorblätter der Windenergieanlage weiß oder grau auszuführen; im äußeren Bereich sind Sie durch 3 Farbfelder von je 6 m Länge (außen beginnend 6 m orange – 6 m weiß – 6 m orange oder außen beginnend
skennzeichnung für die Windenergieanlage erforderlich ist, sind die
Rotorblätter der Windenergieanlage weiß oder grau auszuführen; im äußeren BereiKreis Lippe Der Landrat
indernisbefeuerungsebene(n) am Turm erforderlich. Dabei müssen aus jeder Richtung mindestens 2 Hindernisfeuer sichtbar sein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuern W, rot ES, ist durch Anzahl und Anordnung der Feuer entgegenzuwirken. 4. Hindernisbefeuerungsebenen sind wie folgt anzubringen:
ein. Einer Abschirmung der Befeuerungsebenen am Turm durch stehende
Rotorblätter bei Verwendung von Gefahrenfeuern, Feuer W, rot und Feuern W, rot Kreis Lippe Der Landrat
messungen ermöglichen es, ein Höchstmaß an Energie aus dem Windangebot zu gewinnen. Die Belastungen, denen ein Rotorblatt standhalten muss, sind enorm. Deshalb werden für die N90/2500 nur Rotorblätter verwendet, die höchsten Maßstäben an die Fertigungs- und Materialqualität genügen. So produziert Nordex die eigenen Rotorblätter im Vakuuminjektionsverfahren unter Einsatz einer neuartig
t standhalten muss, sind enorm. Deshalb werden für die N90/2500 nur
Rotorblätter verwendet, die höchsten Maßstäben an die Fertigungs- und MaterialqNordex
lten muss, sind enorm. Deshalb werden für die N90/2500 nur Rotorblätter verwendet, die höchsten Maßstäben an die Fertigungs- und Materialqualität genügen. So produziert Nordex die eigenen Rotorblätter im Vakuuminjektionsverfahren unter Einsatz einer neuartigen VAP-Folie (Vacuum Assisted Process; ein EADS-Patent), die selbst kleinste Lufteinschlüsse in den Strukturen der Bauteile verhi
ngs- und Materialqualität genügen. So produziert Nordex die eigenen
Rotorblätter im Vakuuminjektionsverfahren unter Einsatz einer neuartigen VAP-FoNordex
e Einschaltwindgeschwindigkeit (3 m/s) erreicht, wechselt die Anlage in den Zustand „Betrieb“. Jetzt werden alle Systeme getestet und das Maschinenhaus richtet sich nach dem Wind aus. Die Rotorblätter werden in Startstellung angestellt, damit der Wind den Rotor in eine Drehbewegung versetzen kann. Wird der Wind stärker, beginnt der Rotor, sich schneller zu drehen. Ist die definierte S
getestet und das Maschinenhaus richtet sich nach dem Wind aus. Die
Rotorblätter werden in Startstellung angestellt, damit der Wind den Rotor in eiNordex
oduziert Strom. Während des Betriebs folgt das Maschinenhaus ständig der Windrichtung. Bei Überschreitung der Abschaltwindgeschwindigkeit (25 m/s) wird die Anlage gestoppt, indem sich die Rotorblätter um 90° in Fahnenstellung drehen. Der Rotor bremst ab. Die angebotene Anlagensteuerung kann ohne Probleme in das modulare SCADA-System von Nordex eingebunden werden. Auf Wunsch können all
ndgeschwindigkeit (25 m/s) wird die Anlage gestoppt, indem sich die
Rotorblätter um 90° in Fahnenstellung drehen. Der Rotor bremst ab. Die angeboteNordex
............................................... 3 3.1 Gondel ........................................................................................................................ 3 3.2 Rotorblätter ................................................................................................................. 4 3.3 Turm ..............................................................
............................................................. 3 3.2
Rotorblätter...................................................................ENERCON GmbH
Getriebe und andere schnelldrehende Teile entfallen, werden die Energieverluste zwischen Rotor und Generator und die Geräuschemissionen drastisch verringert. Aktive Blattverstellung Die 3 Rotorblätter sind jeweils mit einer Blattverstelleinheit ausgerüstet. Jede Blattverstelleinheit besteht aus einem elektrischen Antrieb, Steuerung und zugeordneter Notversorgung. Als Antrieb der Blatt
äuschemissionen drastisch verringert. Aktive Blattverstellung Die 3
Rotorblätter sind jeweils mit einer Blattverstelleinheit ausgerüstet. Jede BlatENERCON GmbH
egrenzen die Drehzahl des Rotors und die dem Wind entnommene Leistung. Somit wird die maximale Leistung der E-115 E2 auch kurzfristig exakt auf Nennleistung begrenzt. Durch Verstellen der Rotorblätter in Fahnenstellung wird der Rotor angehalten, ohne dass der Antriebsstrang durch den Einsatz einer mechanischen Bremse belastet wird. Indirekte Netzkopplung Die vom Ringgenerator erzeugte
h kurzfristig exakt auf Nennleistung begrenzt. Durch Verstellen der
Rotorblätter in Fahnenstellung wird der Rotor angehalten, ohne dass der AntriebENERCON GmbH
pfen 8 Rückkühler Generator-Stator 16 BV-Modul (Blattverstell-Modul) 3.1 Gondel Die Rotornabe dreht sich auf 2 Nabenlagern um den feststehenden Achszapfen. An der Rotornabe sind u. a. die Rotorblätter und der Generator-Rotor befestigt. Das tragende Element des Generator-Stators ist der Statorträger mit 6 Tragarmen. Der Schleifringübertrager befindet sich an der Spitze des Achszapfens.
rn um den feststehenden Achszapfen. An der Rotornabe sind u. a. die
Rotorblätter und der Generator-Rotor befestigt. Das tragende Element des GeneraENERCON GmbH
t aus Aluminium. Sie ist aus mehreren Teilstücken gefertigt und mittels Strangpressprofilen an Generator-Stator, Rahmen (im Maschinenhaus) und an der Nabe (im Rotorbereich) befestigt. 3.2 Rotorblätter Die geteilten Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK (Glasfaser und Epoxidharz)), Balsaholz und Schaumstoff haben wesentlichen Einfluss auf den Ertrag der Windenergieanlag
(im Maschinenhaus) und an der Nabe (im Rotorbereich) befestigt. 3.2
Rotorblätter Die geteilten Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFENERCON GmbH
s mehreren Teilstücken gefertigt und mittels Strangpressprofilen an Generator-Stator, Rahmen (im Maschinenhaus) und an der Nabe (im Rotorbereich) befestigt. 3.2 Rotorblätter Die geteilten Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK (Glasfaser und Epoxidharz)), Balsaholz und Schaumstoff haben wesentlichen Einfluss auf den Ertrag der Windenergieanlage, sowie auf ihre Geräusche
er Nabe (im Rotorbereich) befestigt. 3.2 Rotorblätter Die geteilten
Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK (Glasfaser und EpoxidharzENERCON GmbH
gsbeiwert ■ lange Lebensdauer ■ geringe Geräuschemission ■ niedrige mechanische Lasten ■ effizienter Materialeinsatz Als Besonderheit ist die bis zur Gondel durchgezogene Profilierung der Rotorblätter hervorzuheben. Innere Umströmungsverluste wie bei konventionellen Rotorblättern werden damit vermieden. In Verbindung mit der strömungsgünstigen Gondelgeometrie erfolgt eine deutlich opt
Besonderheit ist die bis zur Gondel durchgezogene Profilierung der
Rotorblätter hervorzuheben. Innere Umströmungsverluste wie bei konventionellen ENERCON GmbH
te wie bei konventionellen Rotorblättern werden damit vermieden. In Verbindung mit der strömungsgünstigen Gondelgeometrie erfolgt eine deutlich optimierte Ausnutzung des Windangebots. Die Rotorblätter der E-115 E2 sind speziell für den Betrieb mit variabler Blattverstellung und variabler Drehzahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf Polyurethane Basis schützt die Rotorblätter vo
e erfolgt eine deutlich optimierte Ausnutzung des Windangebots. Die
Rotorblätter der E-115 E2 sind speziell für den Betrieb mit variabler BlattversENERCON GmbH
Die Rotorblätter der E-115 E2 sind speziell für den Betrieb mit variabler Blattverstellung und variabler Drehzahl ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf Polyurethane Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UV-Strahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest. Die 3 Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteuerte Bl
egt. Die Oberflächenbeschichtung auf Polyurethane Basis schützt die
Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UV-Strahlung und Erosion. Die BeschENERCON GmbH
ausgelegt. Die Oberflächenbeschichtung auf Polyurethane Basis schützt die Rotorblätter vor Umwelteinflüssen wie z. B. UV-Strahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest. Die 3 Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteuerte Blattverstelleinheiten verstellt. Der eingestellte Blattwinkel wird über je 2 Blattwinkelmessungen ständig überprüft
-Strahlung und Erosion. Die Beschichtung ist sehr abriebfest. Die 3
Rotorblätter werden jeweils durch voneinander unabhängige mikroprozessorgesteueENERCON GmbH
gstür, am Steuerschrank im Turmfuß, am Gondelsteuerschrank und gegebenenfalls auf weiteren Ebenen des E-Moduls Not-Halt-Taster. Bei Betätigung eines Not-Halt-Tasters im Turmfuß werden die Rotorblätter notverstellt. Dadurch wird der Rotor aerodynamisch gebremst. Bei Betätigung eines Not-Halt-Tasters in der Gondel wird zusätzlich zur Notverstellung die Rotorbremse eingeschaltet. Dadurch
Taster. Bei Betätigung eines Not-Halt-Tasters im Turmfuß werden die
Rotorblätter notverstellt. Dadurch wird der Rotor aerodynamisch gebremst. Bei BENERCON GmbH
auf dem Ende eines kurzen, senkrecht stehenden Rohrs. Bei starken Vibrationen fällt die Kugel von der Rohrauflage, betätigt per Kette den Schalter und löst dadurch eine Notverstellung der Rotorblätter aus, die den Rotor anhält. Luftspaltüberwachung Die Breite des Luftspalts zwischen Rotor und Stator des Ringgenerators wird mithilfe von Mikroschaltern, verteilt über den Rotorumfang, üb
igt per Kette den Schalter und löst dadurch eine Notverstellung der
Rotorblätter aus, die den Rotor anhält. Luftspaltüberwachung Die Breite des LufENERCON GmbH
optimierung eingehalten. Außerdem ermöglicht die Blattverstellung das aerodynamische Abbremsen des Rotors. Erreicht die Windenergieanlage ihre Nennleistung, dreht die Blattverstellung die Rotorblätter bei weiter steigender Windgeschwindigkeit gerade so weit aus dem Wind, dass die Rotordrehzahl und die vom Wind aufgenommene und vom Generator umzusetzende Leistung die Nennwerte nicht od
Windenergieanlage ihre Nennleistung, dreht die Blattverstellung die
Rotorblätter bei weiter steigender Windgeschwindigkeit gerade so weit aus dem WENERCON GmbH
nach Windgeschwindigkeit dreht sich der Rotor mit geringer Drehzahl oder steht bei völliger Windstille still. C: 92° Fahnenstellung (Rotor wurde manuell oder automatisch angehalten): Die Rotorblätter erzeugen auch bei Wind keinen Auftrieb, der Rotor steht still oder bewegt sich ganz leicht. Abb. 4: Besondere Blattstellungen 6.3 Anlagenstart 6.3.1 Startvorbereitung Solange ein Hauptst
hnenstellung (Rotor wurde manuell oder automatisch angehalten): Die
Rotorblätter erzeugen auch bei Wind keinen Auftrieb, der Rotor steht still oderENERCON GmbH
e Windnachführung ist, beginnt die Windenergieanlage sich zum Wind auszurichten. Die Windenergieanlage geht 60 Sekunden nach Abschluss der Startvorbereitung in den Trudelbetrieb über. Die Rotorblätter fahren langsam vor und gleichzeitig werden die Kondensatoreinheiten der Rotorblattnotverstellung geprüft. Ist die Windenergieanlage mit Blattlastsensoren ausgestattet, stoppen die Rotorb
nach Abschluss der Startvorbereitung in den Trudelbetrieb über. Die
Rotorblätter fahren langsam vor und gleichzeitig werden die KondensatoreinheiteENERCON GmbH
blätter fahren langsam vor und gleichzeitig werden die Kondensatoreinheiten der Rotorblattnotverstellung geprüft. Ist die Windenergieanlage mit Blattlastsensoren ausgestattet, stoppen die Rotorblätter bei einem Winkel von 70° und führen dort den unter Umständen mehrere Minuten andauernden Abgleich der Lastmessstellen durch. Während dieser Zeit wird der Status 0:5 - Abgleich Load Contr
e Windenergieanlage mit Blattlastsensoren ausgestattet, stoppen die
Rotorblätter bei einem Winkel von 70° und führen dort den unter Umständen mehreENERCON GmbH
berhalb von ca. 28 m/s (im 12-s-Mittel) wird die Drehzahl mit weiter steigender Windgeschwindigkeit linear von 13,1 U/min bis auf Trudeldrehzahl bei ca. 34 m/s heruntergeregelt, indem die Rotorblätter entsprechend weit aus dem Wind gedreht werden. Die eingespeiste Leistung sinkt dabei gemäß der Drehzahl-Leistungs-Kennlinie ab. Bei Windgeschwindigkeiten oberhalb von 34 m/s (im 10-min-M
n bis auf Trudeldrehzahl bei ca. 34 m/s heruntergeregelt, indem die
Rotorblätter entsprechend weit aus dem Wind gedreht werden. Die eingespeiste LeENERCON GmbH
t aus dem Wind gedreht werden. Die eingespeiste Leistung sinkt dabei gemäß der Drehzahl-Leistungs-Kennlinie ab. Bei Windgeschwindigkeiten oberhalb von 34 m/s (im 10-min-Mittel) stehen die Rotorblätter nahezu in Fahnenstellung. Die Windenergieanlage läuft im Trudelbetrieb ohne Leistungsabgabe, bleibt aber mit dem aufnehmenden Stromnetz verbunden. Wenn die Windgeschwindigkeit unter 34 m
geschwindigkeiten oberhalb von 34 m/s (im 10-min-Mittel) stehen die
Rotorblätter nahezu in Fahnenstellung. Die Windenergieanlage läuft im TrudelbetENERCON GmbH
delbetrieb Windgeschwindigkeit v < 2,5 m/s Bei Windgeschwindigkeiten unterhalb 2,5 m/s kann kein Strom ins Netz eingespeist werden. Die Windenergieanlage läuft im Trudelbetrieb, d. h. die Rotorblätter sind weitgehend aus dem Wind gedreht (Blattwinkel 60°), und der Rotor dreht sich langsam oder bleibt bei völliger Windstille ganz stehen. Durch die langsame Bewegung (Trudeln) werden die
ist werden. Die Windenergieanlage läuft im Trudelbetrieb, d. h. die
Rotorblätter sind weitgehend aus dem Wind gedreht (Blattwinkel 60°), und der RoENERCON GmbH
fährdung in Gruppen eingeteilt. Abb. 5: Übersicht der Haltevorgänge Anhalten der Windenergieanlage durch die Rotorblattverstellung Bei einer nicht sicherheitsrelevanten Störung werden die Rotorblätter über die Steuerung der Windenergieanlage aus dem Wind gedreht, worauf die Rotorblätter keinen Auftrieb mehr erzeugen und die Windenergieanlage sicher anhält. Notverstellung Der Energiesp
erstellung Bei einer nicht sicherheitsrelevanten Störung werden die
Rotorblätter über die Steuerung der Windenergieanlage aus dem Wind gedreht, worENERCON GmbH
ergieanlage durch die Rotorblattverstellung Bei einer nicht sicherheitsrelevanten Störung werden die Rotorblätter über die Steuerung der Windenergieanlage aus dem Wind gedreht, worauf die Rotorblätter keinen Auftrieb mehr erzeugen und die Windenergieanlage sicher anhält. Notverstellung Der Energiespeicher der Blattverstelleinheit hat die für eine Notverstellung nötige Energie gespeich
ie Steuerung der Windenergieanlage aus dem Wind gedreht, worauf die
Rotorblätter keinen Auftrieb mehr erzeugen und die Windenergieanlage sicher anhENERCON GmbH
end des Anlagenbetriebs im geladenen Zustand gehalten und laufend getestet. Bei einer Notverstellung werden die Antriebseinheiten vom zugehörigen Energiespeicher mit Energie versorgt. Die Rotorblätter fahren ungesteuert und voneinander unabhängig in eine Stellung, in der sie keinen Auftrieb erzeugen, die sogenannte Fahnenstellung. Da die 3 Blattverstelleinheiten sich sowohl gegenseiti
einheiten vom zugehörigen Energiespeicher mit Energie versorgt. Die
Rotorblätter fahren ungesteuert und voneinander unabhängig in eine Stellung, inENERCON GmbH
ein Not-Halt-Taster gedrückt wird oder wenn bei drehendem Rotor die Rotorarretierung betätigt wird, leitet die Steuerung eine Notbremsung ein. Dabei wird zusätzlich zur Notverstellung der Rotorblätter die Rotorbremse aktiviert. Der Rotor wird innerhalb von 10 bis 15 Sekunden von der Nenndrehzahl bis zum Stillstand gebremst. Stopp der Windenergieanlage bei... Störung Normalbetrieb Not-
eine Notbremsung ein. Dabei wird zusätzlich zur Notverstellung der
Rotorblätter die Rotorbremse aktiviert. Der Rotor wird innerhalb von 10 bis 15 ENERCON GmbH
d. Das erste Rotorblatt konnte mit insgesamt halbjähriger Verzögerung gefertigt werden und wurde Anfang Juli erfolgreich auf einem Prüfstand getestet. Die beiden für die Anlage benötigten Rotorblätter wurden im Anschluss gefertigt. Entgegen der Erwartung, dass die Fertigungszeiten sich verringern, muss festgehalten werden, dass nicht zuletzt aufgrund des hohen Anteils von Handarbeit u
auf einem Prüfstand getestet. Die beiden für die Anlage benötigten
Rotorblätter wurden im Anschluss gefertigt. Entgegen der Erwartung, dass die FeSkyWind GmbH
beit und Prozessunsicherheiten im Rotorblattbau Lernkurven eher flach verlaufen. In Zukunft sollen Prozessunsicherheiten durch die Erhöhung von vorgefertigten Teilen reduziert werden. Die Rotorblätter wurden insgesamt aber qualitativ sehr hochwertig gefertigt. Wie geplant, konnten die für eine geringe Geräuschentwicklung notwendige kleine Hinterkantendicke erreicht werden. Die wichtig
durch die Erhöhung von vorgefertigten Teilen reduziert werden. Die
Rotorblätter wurden insgesamt aber qualitativ sehr hochwertig gefertigt. Wie geSkyWind GmbH
l von verschiedenen Beschichtungssystemen unterschiedlicher Lieferanten bei den beiden Rotorblättern soll wichtige Erkenntnisse im Betrieb hinsichtlich des Erosionsverhaltens liefern. Die Rotorblätter wurden mit verschiedenen Lastmesssystemen unterschiedlicher Hersteller ausgerüstet. So ist ein Benchmarking hinsichtlich Robustheit, Zuverlässigkeit und Kosten möglich. Es wurde ein neua
ntnisse im Betrieb hinsichtlich des Erosionsverhaltens liefern. Die
Rotorblätter wurden mit verschiedenen Lastmesssystemen unterschiedlicher HersteSkyWind GmbH
zum Turm abzuschließen. Damit ist ein von äußeren Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Wind, Fähigkeiten des Kranfahrers) weitestgehend unabhängiger Montagevorgang möglich. Nach Montage der Rotorblätter wurden vor dem Eintreffen des Triebstranges weitere erfolgreiche Hebeversuche unternommen. Aufgrund der dreisträngigen Aufhängung der Anlage (zwei Zugwinden, eine Abhaltewinde) ergibt si
weitestgehend unabhängiger Montagevorgang möglich. Nach Montage der
Rotorblätter wurden vor dem Eintreffen des Triebstranges weitere erfolgreiche HSkyWind GmbH
a die Bewegungen und Kräfte über die Positioniereinheit bereits aufgenommen und an den Turbinenträger sicher abgegeben werden. Auf eine ursprünglich angedachte, aufwändige Verstellung der Rotorblätter beim Kippvorgang kann daher verzichtet werden. Die Anlage wurde bei Windgeschwindigkeiten bis zu 15 Meter pro Sekunde (10 Sekunden Mittelung) gehoben und eingeklappt. Normale Kranoperati
erden. Auf eine ursprünglich angedachte, aufwändige Verstellung der
Rotorblätter beim Kippvorgang kann daher verzichtet werden. Die Anlage wurde beSkyWind GmbH
oßwindanlagen werden im Kleinwindkraftbereich häufig Bauformen mit drei Rotorblättern eingesetzt. Daneben gibt es auch Ausführungen mit einem, zwei oder mehreren Rotorblättern. Damit die Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sind, erfordern horizontalachsige Anlagen Windnachführungssysteme (siehe Kapitel 4.2 „Technische Komponenten“). In unmittelbarer Umgebung des Windrade
usführungen mit einem, zwei oder mehreren Rotorblättern. Damit die
Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sind, erfordern horizontalachsC.A.R.M.E.N. e.V.
e von der jeweiligen Anlage ausgehenden Schallemissionen sind den Herstellerangaben zu entnehmen. Bauartbedingt neigen die Anlagen zu aerodynamischen Unwuchten, die auftreten, sobald ihre Rotorblätter den Windschatten der Drehachse durchlaufen. Diese führen zu verstärkten Schwingungen und somit zu Materialbeanspruchung und unter Umständen zu früherem Verschleiß. Auf Grund der Schwingu
ie Anlagen zu aerodynamischen Unwuchten, die auftreten, sobald ihre
Rotorblätter den Windschatten der Drehachse durchlaufen. Diese führen zu verstäC.A.R.M.E.N. e.V.
retbaren Kosten schwierig, Nabenhöhen in gleichmäßigeren und stärkeren Windgeschwindigkeitsbereichen zu realisieren. Daneben bewirkt die vertikale Drehung, dass stets mindestens eines der Rotorblätter nicht ideal im Wind ausgerichtet ist. Mit diesem bauartspezifischen Effekt gehen im Ergebnis schlechtere Wirkungsgrade und niedrigere Stromerträge einher. Ein weiteres Manko der vertikal
eben bewirkt die vertikale Drehung, dass stets mindestens eines der
Rotorblätter nicht ideal im Wind ausgerichtet ist. Mit diesem bauartspezifischeC.A.R.M.E.N. e.V.
nischen Komponenten einer horizontalachsigen Windkraftanlage. Unabhängig davon, ob es sich um horizontal- oder vertikalachsige Anlagen handelt, ist ein breites Spektrum verschiedenartiger Rotorblätter auf dem Markt verfügbar. In Abhängigkeit von der standortspezifischen Anlagenauslegung variieren Größenverhältnisse und Formen der Rotorblätter. Je nach Form, Größe und Material der einz
chsige Anlagen handelt, ist ein breites Spektrum verschiedenartiger
Rotorblätter auf dem Markt verfügbar. In Abhängigkeit von der standortspezifiscC.A.R.M.E.N. e.V.
ist ein breites Spektrum verschiedenartiger Rotorblätter auf dem Markt verfügbar. In Abhängigkeit von der standortspezifischen Anlagenauslegung variieren Größenverhältnisse und Formen der Rotorblätter . Je nach Form, Größe und Material der einzelnen Rotorblätter werden das aerodynamische Verhalten der Anlage, ihre Belastbarkeit und Reaktion auf Turbulenzen, die Geräuschentwicklung und
ischen Anlagenauslegung variieren Größenverhältnisse und Formen der
Rotorblätter. Je nach Form, Größe und Material der einzelnen Rotorblätter werdeC.A.R.M.E.N. e.V.
dem Markt verfügbar. In Abhängigkeit von der standortspezifischen Anlagenauslegung variieren Größenverhältnisse und Formen der Rotorblätter. Je nach Form, Größe und Material der einzelnen Rotorblätter werden das aerodynamische Verhalten der Anlage, ihre Belastbarkeit und Reaktion auf Turbulenzen, die Geräuschentwicklung und weitere Faktoren beeinflusst (11). Vorteile von Vertikalachse
en der Rotorblätter. Je nach Form, Größe und Material der einzelnen
Rotorblätter werden das aerodynamische Verhalten der Anlage, ihre BelastbarkeitC.A.R.M.E.N. e.V.
gnung als Werbeträger – Begrenzte Masthöhen durch starkes Resonanzverhalten + Niedrige Schallemissionen – Hohes Gewicht – Hohe Anlagen- und Mastkosten – Eigenstrombedarf zum Anlaufen Die Rotorblätter sind über die Nabe mit der Gondel verbunden. Die Gondel beinhaltet die meisten wesentlichen mechanischen und elektronischen Bestandteile einer Windkraftanlage, darunter die Steuerungsele
– Hohe Anlagen- und Mastkosten – Eigenstrombedarf zum Anlaufen Die
Rotorblätter sind über die Nabe mit der Gondel verbunden. Die Gondel beinhaltetC.A.R.M.E.N. e.V.
„Flattern“ an den Rotorblättern auftreten, die zu erhöhter Materialbeanspruchung führen. Daher wird inzwischen vielfach mit der Pitch-Regelung gearbeitet, die darauf beruht, die einzelnen Rotorblätter um ihre Längsachse derart zu verstellen, dass sie nicht länger optimal angeströmt werden und der Rotor infolge geringerer Auftriebskräfte selbstständig abbremst. Außerdem verfügen vor al
mit der Pitch-Regelung gearbeitet, die darauf beruht, die einzelnen
Rotorblätter um ihre Längsachse derart zu verstellen, dass sie nicht länger optC.A.R.M.E.N. e.V.
der kinetischen Leistung einer Windströmung, welcher durch eine Windkraftanlage theoretisch entzogen werden kann. Dies ist damit zu begründen, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die Rotorblätter abgebremst wird. Im Extremfall käme es auf der windabgewandten Seite zu einem Luftstau, wodurch die weiter heranströmende Luft an der Rotorfläche vorbeigelenkt würde. Der Betz-Faktor lie
ist damit zu begründen, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die
Rotorblätter abgebremst wird. Im Extremfall käme es auf der windabgewandten SeiC.A.R.M.E.N. e.V.
d einnimmt. Rotorfläche AR Die Rotorfläche wird häufig auch als „Erntefläche“ bezeichnet, womit anschaulich zum Ausdruck kommt, dass mit ihr auch die Stromerträge ansteigen. Je länger die Rotorblätter einer Windkraftanlage sind, desto größer ist die von ihnen überstrichene Fläche. Damit lassen sich die Einflüsse eines niedrigeren Windaufkommens an Schwachwindstandorten teilweise kompe
kommt, dass mit ihr auch die Stromerträge ansteigen. Je länger die
Rotorblätter einer Windkraftanlage sind, desto größer ist die von ihnen überstrC.A.R.M.E.N. e.V.
st die von ihnen überstrichene Fläche. Damit lassen sich die Einflüsse eines niedrigeren Windaufkommens an Schwachwindstandorten teilweise kompensieren. Anlagentechnisch ist die Länge der Rotorblätter nicht beliebig erweiterbar, da die Geschwindigkeiten mit zunehmendem Durchmesser an den Rotorblattspitzen bis in den Überschallbereich steigen könnten. Die damit verbundene hohe Material
andorten teilweise kompensieren. Anlagentechnisch ist die Länge der
Rotorblätter nicht beliebig erweiterbar, da die Geschwindigkeiten mit zunehmendC.A.R.M.E.N. e.V.
Stahlbetonfundament und Hybridturm (Betonfertigelemente bis ca. 80 m Hö- he und Stahlrohrsegmente)  Gondel mit Welle und Generator,  Nabe und drei um die Längsachse der Anlage drehbare Rotorblätter (Rotor)  Transformator und Mittelspannungsschaltanlage Durch die Drehung des Rotors wird die Bewegungsenergie des Windes in mechanische Energie (Rotationsenergie) umgewandelt und über e
nd Generator,  Nabe und drei um die Längsachse der Anlage drehbare
Rotorblätter (Rotor)  Transformator und Mittelspannungsschaltanlage Durch die Wirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
Mit steigender Windgeschwindigkeit nimmt die abgegebene Leistung zu, bis die WEA bei ca. 12 bis 13 m/s ihre Nennleistung erreicht und die Leistungsregelung einsetzt. Durch Verstellen der Rotorblätter wird die Windenergieanlage bei mittleren Windgeschwindigkeiten oberhalb der Abschaltwindgeschwindigkeit von 20 m/s gestoppt. Das Fundament aus Stahlbeton mit einem Durchmesser von 21 m u
g erreicht und die Leistungsregelung einsetzt. Durch Verstellen der
Rotorblätter wird die Windenergieanlage bei mittleren Windgeschwindigkeiten obeWirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
ageskennzeichnung und Nachtkennzeichnung für Anlagen ab einer Gesamthöhe über 150 m ausgestattet:  Tageskennzeichnung: Anbringung von Farbfeldern bzw. Farbstreifen im äußeren Bereich der Rotorblätter , am Turm in ca. 40 m über Grund und am Maschinenhaus (mittig angeordnet)  Nachtkennzeichnung: Ausrüstung der WEA mit einer Befeuerung (Feuer W-rot gedoppelt) auf dem Maschinenhausdach i
Anbringung von Farbfeldern bzw. Farbstreifen im äußeren Bereich der
Rotorblätter, am Turm in ca. 40 m über Grund und am Maschinenhaus (mittig angeoWirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
trächtigungen minimiert werden können. Neben der Stellfläche für den Hauptkran werden temporär kleinere Überschwenkbereiche gerodet. 7.3.3 Kranausleger- und Montageflächen Zur Montage der Rotorblätter wird eine sog. Sternmontage durchgeführt, d. h. die Rotorblätter werden am Grund an die Nabe montiert und in einem Stück nach oben gehoben und an der Gondel befestigt. Im Bereich um die
che gerodet. 7.3.3 Kranausleger- und Montageflächen Zur Montage der
Rotorblätter wird eine sog. Sternmontage durchgeführt, d. h. die Rotorblätter wWirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
den Hauptkran werden temporär kleinere Überschwenkbereiche gerodet. 7.3.3 Kranausleger- und Montageflächen Zur Montage der Rotorblätter wird eine sog. Sternmontage durchgeführt, d. h. die Rotorblätter werden am Grund an die Nabe montiert und in einem Stück nach oben gehoben und an der Gondel befestigt. Im Bereich um die Fundamentfläche werden temporär Flächen für die Sternmontage benö
er Rotorblätter wird eine sog. Sternmontage durchgeführt, d. h. die
Rotorblätter werden am Grund an die Nabe montiert und in einem Stück nach oben Wirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
besonders der H-Rotor (auch Darrieus-H-Rotor genannt) im Vordergrund, denn er erreicht im Vergleich zu anderen Typen vertikaler Windkraftanlagen noch einen relativ hohen Wirkungsgrad. Die Rotorblätter haben meist einen tragflächenförmigen Querschnitt und arbeiten nach dem Auftriebsprinzip. H-Rotoren haben den Vorteil, dass man sie nicht dem Wind nachführen muss und eignen sich daher v
tikaler Windkraftanlagen noch einen relativ hohen Wirkungsgrad. Die
Rotorblätter haben meist einen tragflächenförmigen Querschnitt und arbeiten nacleXsolar GmbH
r die Planung und Konstruktion von Windkraftanlagen von Bedeutung. Dieser Maximalwert gilt uneingeschränkt für alle Windkraftanlagen und ist unabhängig vom Aufbau der Anlage, der Form der Rotorblätter oder anderen Unterscheidungsmerkmalen von Windrotoren. Man definiert nun den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage als das Verhältnis ihrer Leistung zur maximal nutzbaren Leistung des Winde
kraftanlagen und ist unabhängig vom Aufbau der Anlage, der Form der
Rotorblätter oder anderen Unterscheidungsmerkmalen von Windrotoren. Man definieleXsolar GmbH
Leistung zur maximal nutzbaren Leistung des Windes: Der Wirkungsgrad der Windnutzung hängt vor allem von der unterschiedlichen Beschaffenheit und Form der Windturbine bzw. der einzelnen Rotorblätter , deren Länge und dem Gesamtdurchmesser ab. Auf einige Aspekte soll im Folgenden eingegangen werden. 3.3.2 Auftrieb am Rotorblatt Im Verlauf der Geschichte hat sich auch die Form der R
edlichen Beschaffenheit und Form der Windturbine bzw. der einzelnen
Rotorblätter, deren Länge und dem Gesamtdurchmesser ab. Auf einige Aspekte sollleXsolar GmbH
er, deren Länge und dem Gesamtdurchmesser ab. Auf einige Aspekte soll im Folgenden eingegangen werden. 3.3.2 Auftrieb am Rotorblatt Im Verlauf der Geschichte hat sich auch die Form der Rotorblätter immer wieder gewandelt. Zu Beginn der Entwicklung wurden flache Formen für die Rotorblätter genutzt, wie zum Beispiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerdings kein sehr hoher Wirkun
am Rotorblatt Im Verlauf der Geschichte hat sich auch die Form der
Rotorblätter immer wieder gewandelt. Zu Beginn der Entwicklung wurden flache FoleXsolar GmbH
en werden. 3.3.2 Auftrieb am Rotorblatt Im Verlauf der Geschichte hat sich auch die Form der Rotorblätter immer wieder gewandelt. Zu Beginn der Entwicklung wurden flache Formen für die Rotorblätter genutzt, wie zum Beispiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerdings kein sehr hoher Wirkungsgrad erreichen. Man versuchte später Auftriebskräfte an den Rotorblättern zu nutzen und ve
r gewandelt. Zu Beginn der Entwicklung wurden flache Formen für die
Rotorblätter genutzt, wie zum Beispiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerleXsolar GmbH
gen durch Auftrieb und Reibung. Die strömende Luft bewegt sich oberhalb des Tragflügels schneller als die Luftmenge unterhalb. Ursache dieser Erscheinung liegt in der Querschnittsform der Rotorblätter begründet, die zusätzlich zur umgebenden laminaren Strömung, eine leichte Zirkulationsströmung zulässt. Diese Zirkulationsströmung bewirkt die Geschwindigkeitsänderung der Luft zwischen
rhalb. Ursache dieser Erscheinung liegt in der Querschnittsform der
Rotorblätter begründet, die zusätzlich zur umgebenden laminaren Strömung, eine leXsolar GmbH
achen, da die Umfangsgeschwindigkeit geringer ist. Weiter zur Blattspitze nimmt die Strömungsgeschwindigkeit zu. Es ist sinnvoll nun die Widerstandskomponente zu minimieren, indem man die Rotorblätter flacher und dünner gestaltet. Es wird die Widerstands- aber auch die Auftriebskraft verringert. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich folgende besonders günstige Form der Rotorblätter: Di
sinnvoll nun die Widerstandskomponente zu minimieren, indem man die
Rotorblätter flacher und dünner gestaltet. Es wird die Widerstands- aber auch dleXsolar GmbH
die Rotorblätter flacher und dünner gestaltet. Es wird die Widerstands- aber auch die Auftriebskraft verringert. Aus diesen Betrachtungen ergibt sich folgende besonders günstige Form der Rotorblätter : Die einzelnen Blätter sind eher flach und schmal geformt, werden allerdings zur Nabe hin dicker und breiter. Dies kommt auch den Betrachtungen zur Festigkeit der Rotorblätter entgegen,
esen Betrachtungen ergibt sich folgende besonders günstige Form der
Rotorblätter: Die einzelnen Blätter sind eher flach und schmal geformt, werden leXsolar GmbH
ge Form der Rotorblätter: Die einzelnen Blätter sind eher flach und schmal geformt, werden allerdings zur Nabe hin dicker und breiter. Dies kommt auch den Betrachtungen zur Festigkeit der Rotorblätter entgegen, denn sie werden an der Nabe durch die sogenannte ,,Knickbelastung" am stärksten beansprucht. Das breitere und dickere Profil führt damit nicht nur zum vergrößerten Auftrieb, so
r und breiter. Dies kommt auch den Betrachtungen zur Festigkeit der
Rotorblätter entgegen, denn sie werden an der Nabe durch die sogenannte ,,KnickleXsolar GmbH
Stall-Regelung Abbildung 3-21 Varianten von Bremsklappen bei Stall-geregelten Windkraftanlagen Pitch-Regelung Ein zweites Konzept zur Leistungsbegrenzung beruht auf der Verstellung der Rotorblätter . Ausgangspunkt ist wieder das einzelne Rotorblatt und die entsprechende Geschwindigkeit der Luftströmung. Auch bei diesem Konzept soll die Drehzahl konstant gehalten werden, um eine einf
ites Konzept zur Leistungsbegrenzung beruht auf der Verstellung der
Rotorblätter. Ausgangspunkt ist wieder das einzelne Rotorblatt und die entsprecleXsolar GmbH
0-2, Seite 21; Windzone: nach DIBT Richtlinien für WEA, Anhang B; free- yaw: es besteht keine motorische oder hydr. Zwangsnachführung für die Windnachführung (yaw); pitchen: verdrehen der Rotorblätter ; aerodynamisches Gehäuse: Gehäuseform strömungstechnisch optimiert; Windleitblech: abgekantetes Alu- Blech welches hinter dem Turm positioniert und am Maschinenhaus befestigt ist; Turmsc
gsnachführung für die Windnachführung (yaw); pitchen: verdrehen der
Rotorblätter; aerodynamisches Gehäuse: Gehäuseform strömungstechnisch optimiertWES IBS GmbH
und ruhigen Betrieb zu erreichen. Die Herausforderung hier war, die Komponenten dieser neuartigen Blattverstell-Mechanik so auszulegen, dass ein gleichmäßiges und definiertes Pitchen der Rotorblätter in Abhängigkeit zur Drehzahl stattfindet. Dieses ist einerseits abhängig von der Materialauswahl und andererseits von der konstruktiven Auslegung der beweglichen Teile der Mechanik und d
k so auszulegen, dass ein gleichmäßiges und definiertes Pitchen der
Rotorblätter in Abhängigkeit zur Drehzahl stattfindet. Dieses ist einerseits abWES IBS GmbH
te dieser neuartige Pitch- Mechanismus die festen Vorgaben unserer Berechnungen erfüllen. Die Rotorkonstruktion hat einen Einfluss auf den Pitch-Mechanismus. Die Größe und das Gewicht der Rotorblätter ergeben die zu regelnden Kräfte beim Pitchen. Daher war auch der Rotor zu optimieren. Es ist z.B. bei der Materialauswahl für die BlattFührungsrohre14 aus Gründen der Gewichtsreduktion d
n Einfluss auf den Pitch-Mechanismus. Die Größe und das Gewicht der
Rotorblätter ergeben die zu regelnden Kräfte beim Pitchen. Daher war auch der RWES IBS GmbH
BlattFührungsrohre14 aus Gründen der Gewichtsreduktion darauf geachtet worden, einen hochbiegewechselfesten (42 CrMo4) Werkstoff zu verwenden. Ferner hat sich bei der FEM- Berechnung der Rotorblätter ergeben, dass die Blattrohre kürzer gewählt werden können. Diese Gewichtsreduktion hat u.a. das yaw- Verhalten beeinflußt. Parallel war die Verstellmechanik der neuen Gewichtsverteilung
Werkstoff zu verwenden. Ferner hat sich bei der FEM- Berechnung der
Rotorblätter ergeben, dass die Blattrohre kürzer gewählt werden können. Diese GWES IBS GmbH
uteile zu erbringen. Bei WEA geht man im Allgemeinen von 20 Jahren Lebensdauer und den daraus sich ergebenen Lastwechseln aus. 5.2.2. Festigkeitsnachweise Die Festigkeitsnachweise für die Rotorblätter und die maschinenbaulichen Komponenten (Nabe, Rotorwelle…) wurden gemäß folgender Vorgehensweise durchgeführt: • Verwendung von Lastdaten aus aeroelastischer Modulation o Extremlasten o
n aus. 5.2.2. Festigkeitsnachweise Die Festigkeitsnachweise für die
Rotorblätter und die maschinenbaulichen Komponenten (Nabe, Rotorwelle…) wurden WES IBS GmbH
der Rotordrehzahl im Bereich von 75 1/min bis 170 1/min. Die passive Windnachführung der Anlage wird durch die Windleitbleche an der Gondelverkleidung, sowie durch die Schrägstellung der Rotorblätter und deren große Blattfläche am langen Hebel erreicht. Die Rotorleistung wird mittels zweifach gelagerter Rotorwelle und einer drehelastischen Kupplung zur Getriebe-/Generatoreinheit gefü
bleche an der Gondelverkleidung, sowie durch die Schrägstellung der
Rotorblätter und deren große Blattfläche am langen Hebel erreicht. Die RotorleiWES IBS GmbH
oment 70 Nm Sekundärbremse: Drehzahlbegrenzung durch passive Blattverstellung max. Drehzahl: 170 1/min Windnachführung: free yaw, unterstützt durch Windleitbleche und 10° Konusneigung der Rotorblätter Steuerung: WES SPS (Mikroprozessorsteuerung) Überwachung: Generatortemp., Windgeschw., Rotordrehzahl, Vibration, Netz, Überspannungsschutz Wechselrichter: Eingangsspannung: zwischen 250
free yaw, unterstützt durch Windleitbleche und 10° Konusneigung der
Rotorblätter Steuerung: WES SPS (Mikroprozessorsteuerung) Überwachung: GeneratoWES IBS GmbH
l und Rotor zertifiziert nach GL 2, IEC 2a Umgebungstemperatur -20…+40 °C 2 Rotor Der Rotor besteht aus drei Blättern, einer Rotornabe, Drehkränzen und Antrieben zur Blattverstellung. Die Rotorblätter sind aus hochwertigem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt. Die Verstellsysteme sind dreifach redundant ausgeführt. Die Blätter sind ausgestattet mit einem Blitzschutzsystem
iner Rotornabe, Drehkränzen und Antrieben zur Blattverstellung. Die
Rotorblätter sind aus hochwertigem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergesNordex Energy GmbH
mdrehungszahl 9,6…16,9 min-1 Neigungswinkel der Rotorwelle 5° Konuswinkel der Flügel 2° Gesamtgewicht ca. 52 t Rotornabe Material Kugelgraphitguss EN-GJS-400-18U-LT Gesamtgewicht ca. 23 t Rotorblätter Material glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) Gesamtlänge 43,8 m Gewicht je Blatt ca. 10,2 t 3 Hauptwelle Der Triebstrang besteht aus der Rotorwelle, dem mittels Schrumpfscheibenverbind
Material Kugelgraphitguss EN-GJS-400-18U-LT Gesamtgewicht ca. 23 t
Rotorblätter Material glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) Gesamtlänge 43,8 m Nordex Energy GmbH
n Ventilator nach außen befördert. Pumpenstation Umrichter Wasser/Luft-Wärmetauscher 7 Bremssystem Das aerodynamische Bremssystem wird über die drei unabhängig und redundant angesteuerten Rotorblätter realisiert, die vollständig quer zur Drehrichtung verstellt werden können. Zur Rotorblattverstellung steht ein Sicherheitssystem zur Verfügung – nach unerwünschtem Ausfall der Versorgung
emssystem wird über die drei unabhängig und redundant angesteuerten
Rotorblätter realisiert, die vollständig quer zur Drehrichtung verstellt werdenNordex Energy GmbH
jedoch ein Grenzwert überschritten, schaltet sich die WEA ab, dreht sich zurück und startet wieder. Bei Überschreitung der Abschaltwindgeschwindigkeit, schaltet sich die WEA ab, d. h. die Rotorblätter werden um 90° in Fahnenstellung gedreht. Der Rotor bremst ab. An allen Systemen und vielen Komponenten der WEA sind Sensoren angebracht, die den jeweiligen Zustand an die Steuerung melde
er Abschaltwindgeschwindigkeit, schaltet sich die WEA ab, d. h. die
Rotorblätter werden um 90° in Fahnenstellung gedreht. Der Rotor bremst ab. An aNordex Energy GmbH
he Schattenwurfdauer kommen kann, soll im Bebauungsplan ebenfalls die Sicherung gegen ungebührliche Schattenimmissionen festgelegt werden. Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigend wirkt
festgelegt werden. Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der
Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird dGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
t. In der Vergangenheit ist dieser Effekt bei hochglänzenden Rotoroberflächen aufgetreten. Diese Oberflächengestaltung ist inzwischen verändert worden, es werden nunmehr durchweg nur noch Rotorblätter mit matter Oberfläche mit entsprechend niedrigem Glanzgrad verwendet. Deshalb sind Beeinträchtigungen durch Lichtreflexion nicht zu erwarten. Eine weitere Emissionsform von Windenergiean
st inzwischen verändert worden, es werden nunmehr durchweg nur noch
Rotorblätter mit matter Oberfläche mit entsprechend niedrigem Glanzgrad verwendGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
innerhalb der überbaubaren Grundstücksfläche stehen. Hinsichtlich des lediglich von den Rotorblättern überstrichenen Bereichs kann der Bebauungsplan auf eine Geltung der Baugrenze für die Rotorblätter verzichten. Die Gemeinde möchte diese Möglichkeit nutzen, weil sie die Länge von Rotorblättern nicht abschließend festsetzt und einer eventuellen Verwendung von Rotoren, die das Maß der
eichs kann der Bebauungsplan auf eine Geltung der Baugrenze für die
Rotorblätter verzichten. Die Gemeinde möchte diese Möglichkeit nutzen, weil sieGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
g auswirken und dem Planungsziel der Gemeinde widersprechen können. Dies wird jedoch mit einer entsprechenden Begrenzung des Geltungsbereiches geregelt, so dass auf eine Baugrenze für die Rotorblätter verzichtet wird. Die Festsetzung der überbaubaren Grundstücksflächen ist in Form von Baufeldern oder von Einzelstandorten möglich. Die erste Variante gibt den Vorhabenträgern Gestaltungs
des Geltungsbereiches geregelt, so dass auf eine Baugrenze für die
Rotorblätter verzichtet wird. Die Festsetzung der überbaubaren GrundstücksflächGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
s vorhandenen Windparks beeinflusst. Es ergeben sich keine relevanten zusätzlichen Belastungen. Blinkeffekte durch die Reflexion des Sonnenlichtes von den Flügeln treten nicht auf, da die Rotorblätter heutiger Anlagen bereits matt sind und durch die Verwitterung weiter mattiert werden. Schlagschatteneffekte kommen in Abhängigkeit von der Windrichtung, der Bewölkung und dem Sonnenstand
eflexion des Sonnenlichtes von den Flügeln treten nicht auf, da die
Rotorblätter heutiger Anlagen bereits matt sind und durch die Verwitterung weitGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
peisung sowie die Steuerund Überwachungssysteme für den gesamten Anlagenbetrieb. Zur Leistungsbegrenzung bei Starkwind und zum Abbremsen der Anlage werden Pitch-Systeme verwendet, die die Rotorblätter aus dem Wind drehen. Jedes Blatt verfügt über eine eigene Verstellung, wodurch sich eine Redundanz ergibt. Bremsen werden nur zur Arretierung des Triebstranges für Wartungszwecke eingese
nd zum Abbremsen der Anlage werden Pitch-Systeme verwendet, die die
Rotorblätter aus dem Wind drehen. Jedes Blatt verfügt über eine eigene Verstellacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
Wind drehen. Jedes Blatt verfügt über eine eigene Verstellung, wodurch sich eine Redundanz ergibt. Bremsen werden nur zur Arretierung des Triebstranges für Wartungszwecke eingesetzt. Die Rotorblätter von Windenergieanlagen werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, teilweise wird bei großen Blättern auch zusätzlich Kohlefaser verwendet. Bei Blattlängen von bis zu 65 Mete
ur Arretierung des Triebstranges für Wartungszwecke eingesetzt. Die
Rotorblätter von Windenergieanlagen werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
. Eine aktuelle Studie weist als Ursache der Belästigung die sogenannte Amplitudenmodulation aus. Deren Behebung stellt Anforderungen an die technische Weiterentwicklung der WEA und ihrer Rotorblätter . Positive Erfahrungen liegen mit „federartigen“ Profilen vor. Insgesamt geht für die Mehrheit der Anwohner von Windparks keine starke Geräuschbelästigung aus, Windparkgeräusche wurden al
Anforderungen an die technische Weiterentwicklung der WEA und ihrer
Rotorblätter. Positive Erfahrungen liegen mit „federartigen“ Profilen vor. Insgacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
e auf validierten numerischen Verfahren mit adaptiven Genauigkeiten und automatisierten Algorithmen basieren, würden zu besseren und effizienteren Anlagen führen. Materialien und Struktur Rotorblätter aus Kompositmaterialien und Tragstrukturen aus Stahl sollten in der Lage sein, stark fluktuierende Wechsellasten größtenteils wartungsfrei und über einen Zeitraum von 25 bis 30 Jahren zu
besseren und effizienteren Anlagen führen. Materialien und Struktur
Rotorblätter aus Kompositmaterialien und Tragstrukturen aus Stahl sollten in deacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
die vollständige Automatisierung des Legeprozesses textiler Halbzeuge erforscht, ähnliche Automatisierungskonzepte sind auch für weitere Teilprozesse erforderlich. Rotorblattentwicklungen Rotorblätter sind nicht nur hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz zu bewerten und weiterzuentwickeln, sondern auch hinsichtlich der Qualität der von ihnen verursachten Geräusche. Dies ist im Hin
auch für weitere Teilprozesse erforderlich. Rotorblattentwicklungen
Rotorblätter sind nicht nur hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz zu beweracatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
Blattjustage, welche zumindest die AU-bedingten Schwingungen reduziert. Ist der relative Grenzwert überschritten, ist automatisch auch der absolute Grenzwert überschritten. Da jedoch alle Rotorblätter auch kollektiv vom absoluten Sollwert abweichen können, kann ein noch größerer Anteil aller Serien-WEA als die in Bild 1 genannten 30 % eine unzulässige Blattwinkelfehlstellung aufweisen
tomatisch auch der absolute Grenzwert überschritten. Da jedoch alle
Rotorblätter auch kollektiv vom absoluten Sollwert abweichen können, kann ein nBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
inen mittleren jährlichen Ertragsverlust (inklusive Stillstandsverluste) von 7,4 % pro 1,0 Grad mittlerem absoluten Blattwinkelfehler. Bild 7: Auswertung der absoluten Blattwinkel von 831 Rotorblätter der 277 WEA ZU WEIT NACH STALL ZU WEIT NACH FAHNE INNERHALB +/- 0,3₀ Die Werte streuen verständlicherweise, je nachdem, wie viele Blätter wie falsch stehen und ob es zusätzliche Schadens
twinkelfehler. Bild 7: Auswertung der absoluten Blattwinkel von 831
Rotorblätter der 277 WEA ZU WEIT NACH STALL ZU WEIT NACH FAHNE INNERHALB +/- 0,Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
imieren. Lebensdauereinfluss der Unwucht und WEA-Weiterbetrieb Blattwinkeldifferenzen bewirken beim Pitchen nach Fahne ab Nennlast eine immer ungleichmäßigere Leistungsproduktion der drei Rotorblätter . Bei Differenzen über 1 Grad und starkem Wind kann es passieren, dass ein falsch nach Stall stehendes Blatt mehr als die Hälfte der gesamten Rotorleistung liefert und die anderen Blätter
b Nennlast eine immer ungleichmäßigere Leistungsproduktion der drei
Rotorblätter. Bei Differenzen über 1 Grad und starkem Wind kann es passieren, dBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
Hybridturm: Stahlbeton- oder Spannbetonturm mit aufgesetztem Stahlrohrturm  Maschine: Der auf dem Turm angeordnete maschinentechnische Teil der Windenergieanlage, hierzu zählen u. a. die Rotorblätter sowie die Nabe, die Welle, das Getriebe, die regelungs- und elektrotechnischen Komponenten, der Generator, die Lager und die Bremsen  Entwurfslebensdauer: die der Auslegung der Windener
hinentechnische Teil der Windenergieanlage, hierzu zählen u. a. die
Rotorblätter sowie die Nabe, die Welle, das Getriebe, die regelungs- und elektrDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
sser F Kraft, Last f 0 Eigenfrequenz f R Erregerfrequenz des laufenden Rotors h Höhe des Rotormittelpunktes (Nabenhöhe) über Gelände, Turmhöhe IT Turbulenzintensität M Moment m Anzahl der Rotorblätter , Exponent der Wöhlerkurve mE Eismasse N Lastspielzahl nR Nenndrehzahl des Rotors q Geschwindigkeitsdruck (Staudruck) R Rotorradius s auf den Rotordurchmesser bezogener dimensionsloser ho
über Gelände, Turmhöhe IT Turbulenzintensität M Moment m Anzahl der
Rotorblätter, Exponent der Wöhlerkurve mE Eismasse N Lastspielzahl nR NenndrehzDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
liche Stellungnahme eines Sachverständigen zu den Nachweisen der Sicherheitseinrichtungen (Sicherheitsgutachten) 3. Gutachtliche Stellungnahme eines Sachverständigen zu den Nachweisen der Rotorblätter 4. Gutachtliche Stellungnahme eines Sachverständigen zu den Nachweisen der maschinenbaulichen Komponenten und der Verkleidung von Maschinenhaus, Nabe (Maschinengutachten) 5. Gutachtliche
chtliche Stellungnahme eines Sachverständigen zu den Nachweisen der
Rotorblätter 4. Gutachtliche Stellungnahme eines Sachverständigen zu den NachweDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
d der Gleichungen (GL 10) und (GL 11) nachzuweisen. Dabei ist: fR max. Drehfrequenz des Rotors im normalen Betriebsbereich f0,1 erste Eigenfrequenz des Turms fR,m Durchgangsfrequenz der m Rotorblätter f0,n n-te Eigenfrequenz des Turms Die Anzahl n der zu ermittelnden Eigenfrequenzen muss mindestens so groß gewählt werden, dass die höchste berechnete Eigenfrequenz um mindestens 20 % hö
ch f0,1 erste Eigenfrequenz des Turms fR,m Durchgangsfrequenz der m
Rotorblätter f0,n n-te Eigenfrequenz des Turms Die Anzahl n der zu ermittelndenDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
ieanlage durchgeführt wird. 15.2 Umfang der Wiederkehrenden Prüfung Die Maschine einschließlich der elektrotechnischen Einrichtungen des Betriebsführungs- und Sicherheitssystems sowie der Rotorblätter ist im Hinblick auf einen mängelfreien Zustand zu untersuchen. Dabei müssen die Prüfungen nach den Vorgaben in dem begutachteten Wartungspflichtenbuch und ggf. weiteren Auflagen in den ü
inrichtungen des Betriebsführungs- und Sicherheitssystems sowie der
Rotorblätter ist im Hinblick auf einen mängelfreien Zustand zu untersuchen. DabDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
lattverstellung auf die volle Segelstellung von 90 Grad bewirkt ein aerodynamisches Bremsen des Rotors, wodurch die Rotordrehzahl begrenzt wird. 2.2 Blätter Jede 3.2/3.4-130 WEA hat drei Rotorblätter . Das Blattprofil verändert sich über die Blattspannweite und verjüngt sich von innen nach außen (in Richtung der Blattspitze). Die folgenden Angaben zur Blatttiefe werden normalerweise a
rdrehzahl begrenzt wird. 2.2 Blätter Jede 3.2/3.4-130 WEA hat drei
Rotorblätter. Das Blattprofil verändert sich über die Blattspannweite und verjüGE Renewable Energy, General Electric Company
en zur Blatttiefe werden normalerweise als Eingabedaten für Schattenwurfsberechnungen benötigt. Rotor Diameter 130 m Maximale Blatttiefe 4.00 m Blatttiefe bei 0,9 x Rotorradius 1.10 m Die Rotorblätter sind zur Optimierung der Schallemission an der Druckseite der Blatthinterkante mit „Serrations“ ausgestattet. Serrations sind gezackte, dünne Kunststoffleisten. Die Rotorblätter der 3.2/
imale Blatttiefe 4.00 m Blatttiefe bei 0,9 x Rotorradius 1.10 m Die
Rotorblätter sind zur Optimierung der Schallemission an der Druckseite der BlatGE Renewable Energy, General Electric Company
.10 m Die Rotorblätter sind zur Optimierung der Schallemission an der Druckseite der Blatthinterkante mit „Serrations“ ausgestattet. Serrations sind gezackte, dünne Kunststoffleisten. Die Rotorblätter der 3.2/3.4-130 werden in der Fertigung mit diesen Kunststoffleisten versehen. Abb. 1: Serrations an der Anlage 2.3 Steuersystem zur Blattwinkelverstellung Der Rotor verfügt über ein V
usgestattet. Serrations sind gezackte, dünne Kunststoffleisten. Die
Rotorblätter der 3.2/3.4-130 werden in der Fertigung mit diesen KunststoffleistGE Renewable Energy, General Electric Company
ängige Sicherungsfunktion lässt sich jedes Blatt einzeln in Segelstellung fahren, um die Anlage bei einem Netzausfall oder einer sonstigen Störung abzuschalten. Die Ausstattung aller drei Rotorblätter mit unabhängigen Systemen zur Blattwinkelverstellung sorgt für Redundanz beim aerodynamischen Abbremsen der einzelnen Rotorblätter. 2.4 Nabe Die Nabe dient zur Verbindung der drei Rotorb
er einer sonstigen Störung abzuschalten. Die Ausstattung aller drei
Rotorblätter mit unabhängigen Systemen zur Blattwinkelverstellung sorgt für RedGE Renewable Energy, General Electric Company
nstigen Störung abzuschalten. Die Ausstattung aller drei Rotorblätter mit unabhängigen Systemen zur Blattwinkelverstellung sorgt für Redundanz beim aerodynamischen Abbremsen der einzelnen Rotorblätter . 2.4 Nabe Die Nabe dient zur Verbindung der drei Rotorblätter mit der Hauptwelle. Die Nabe enthält außerdem das Blattverstellsystem und ist direkt an der Hauptwelle montiert. Der Zugang
ng sorgt für Redundanz beim aerodynamischen Abbremsen der einzelnen
Rotorblätter. 2.4 Nabe Die Nabe dient zur Verbindung der drei Rotorblätter mit GE Renewable Energy, General Electric Company
blätter mit unabhängigen Systemen zur Blattwinkelverstellung sorgt für Redundanz beim aerodynamischen Abbremsen der einzelnen Rotorblätter. 2.4 Nabe Die Nabe dient zur Verbindung der drei Rotorblätter mit der Hauptwelle. Die Nabe enthält außerdem das Blattverstellsystem und ist direkt an der Hauptwelle montiert. Der Zugang zur Nabe zwecks Wartungsarbeiten erfolgt über eine der drei vo
elnen Rotorblätter. 2.4 Nabe Die Nabe dient zur Verbindung der drei
Rotorblätter mit der Hauptwelle. Die Nabe enthält außerdem das BlattverstellsysGE Renewable Energy, General Electric Company
n gekühltes Hochdruckschmiersystem geschmiert und hat einen Filter zur Gewährleistung der Sauberkeit des Schmieröls. 2.6 Lager Das Lager der Blattverstellung gestattet die Verstellung der Rotorblätter um eine Verstellachse entlang der gesamten Blattspannweite. Das innen laufende Blattverstelllager verfügt über ein Blattantriebsgetriebe zur Blattverstellung. Das Hauptwellenlager besteh
Lager Das Lager der Blattverstellung gestattet die Verstellung der
Rotorblätter um eine Verstellachse entlang der gesamten Blattspannweite. Das inGE Renewable Energy, General Electric Company
Radial- und Axiallasten. 2.7 Bremssystem Das Blattverstellsystem agiert als Hauptbremssystem für die WEA. Das Bremsen der WEA wird bei normalen Betriebsbedingungen durchgeführt, indem die Rotorblätter aus dem Wind in die Segelstellung gedreht werden. Es sind nur zwei in der Segelstellung stehende Rotorblätter erforderlich, um den Rotor sicher in seinen Leerlaufmodus zu fahren. Jedes R
r WEA wird bei normalen Betriebsbedingungen durchgeführt, indem die
Rotorblätter aus dem Wind in die Segelstellung gedreht werden. Es sind nur zweiGE Renewable Energy, General Electric Company
Bremsen der WEA wird bei normalen Betriebsbedingungen durchgeführt, indem die Rotorblätter aus dem Wind in die Segelstellung gedreht werden. Es sind nur zwei in der Segelstellung stehende Rotorblätter erforderlich, um den Rotor sicher in seinen Leerlaufmodus zu fahren. Jedes Rotorblatt hat seine eigene Ersatzversorgung, um das Blatt bei einem Ausfall der Netzversorgung entsprechend an
lung gedreht werden. Es sind nur zwei in der Segelstellung stehende
Rotorblätter erforderlich, um den Rotor sicher in seinen Leerlaufmodus zu fahreGE Renewable Energy, General Electric Company
sind oben auf dem Gehäuse des Maschinenhauses montiert. Der Zugang zu diesen Sensoren erfolgt über die Luke im Maschinenhaus. 2.14 Schutz vor Blitzschlag (gemäß IEC 61400-24 Level I) Die Rotorblätter sind mit Blitzableitern im Blatt ausgestattet. Die WEA ist geerdet und vor Blitzschlag geschützt. Blitzschläge sind jedoch eine unvorhersehbare Naturgewalt und es ist möglich, dass ein B
nhaus. 2.14 Schutz vor Blitzschlag (gemäß IEC 61400-24 Level I) Die
Rotorblätter sind mit Blitzableitern im Blatt ausgestattet. Die WEA ist geerdetGE Renewable Energy, General Electric Company
se Volle Segelstellung Farbe der Außenkomponente RAL 7035 (lichtgrau) Reflexionsgrad/Glanzgrad Stahlrohrturm 30 - 60 Einheiten gemessen bei 60 ° nach DIN ISO 2813 Reflexionsgrad/Glanzgrad Rotorblätter , Maschinenhaus, Nabe 60 - 80 Glanzeinheiten gemessen bei 60 ° nach DIN ISO 2813 Reflexionsgrad/Glanzgrad Hybridturm 15-30 Glanzeinheiten gemessen bei 60 ° nach DIN ISO 2813 Tabelle 1: Te
heiten gemessen bei 60 ° nach DIN ISO 2813 Reflexionsgrad/Glanzgrad
Rotorblätter, Maschinenhaus, Nabe 60 - 80 Glanzeinheiten gemessen bei 60 ° nachGE Renewable Energy, General Electric Company
....................................................................................................................................................................................... 9 4 Rotorblätter ..........................................................................................................................................................................................
............................................................... 9 4
Rotorblätter ..................................................................GE Renewable Energy, General Electric Company
r Nabe verwendet werden. Gewicht (kg) Gewicht (lbs) Länge (m) Länge (ft) Breite (m) Breite (ft) Höhe (m) Höhe (ft) Tabelle 7: Maße und Gewichte der Nabe für die 3.2-130 Konfigurationen 4 Rotorblätter Die Gewichte in diesem Abschnitt beziehen sich auf einzelne Rotorblätter mit Bolzen. Die Maße hingegen beziehen sich lediglich auf ein Rotorblatt alleine, ohne Bolzen. Gewicht Länge Größ
lle 7: Maße und Gewichte der Nabe für die 3.2-130 Konfigurationen 4
Rotorblätter Die Gewichte in diesem Abschnitt beziehen sich auf einzelne RotorbGE Renewable Energy, General Electric Company
Breite (m) Breite (ft) Höhe (m) Höhe (ft) Tabelle 7: Maße und Gewichte der Nabe für die 3.2-130 Konfigurationen 4 Rotorblätter Die Gewichte in diesem Abschnitt beziehen sich auf einzelne Rotorblätter mit Bolzen. Die Maße hingegen beziehen sich lediglich auf ein Rotorblatt alleine, ohne Bolzen. Gewicht Länge Größte Profiltiefe Profiltiefe bei 0,9 x Rotordurchmesser Außendurchmesser de
blätter Die Gewichte in diesem Abschnitt beziehen sich auf einzelne
Rotorblätter mit Bolzen. Die Maße hingegen beziehen sich lediglich auf ein RotoGE Renewable Energy, General Electric Company
und Gewichte eines einzelnen Rotorblattes 5 Maschinenhaus In diesem Abschnitt finden Sie die Maße und Gewichte für das Maschinenhaus und dessen interne Komponenten. Gewichte für Nabe und Rotorblätter sind nicht enthalten. Anlage Gewicht (kg) Gewicht (lbs) Länge (m) Länge (ft)) Breite (m)) Breite (ft) Höhe (m) Höhe (ft) Tabelle 9: Maße und Gewichte des Maschinenhauses 6 Komponenten i
Maschinenhaus und dessen interne Komponenten. Gewichte für Nabe und
Rotorblätter sind nicht enthalten. Anlage Gewicht (kg) Gewicht (lbs) Länge (m) GE Renewable Energy, General Electric Company
llung 18 5.1 Hauptbestandteile von Windenergieanlagen 18 5.2 Metalle 19 5.3 Kunststoffe 23 6. Nutzung und Wartung 28 7. Entsorgung 33 8. Recycling 34 8.1 Beton 35 8.2 Metalle 35 8.3 Rotorblätter 37 8.4 Repowering 41 9. Bewertung der Ressourceneffizienz von Windenergieanlagen 44 10. Fazit 49 TEIL 2: Fachgespräch 50 11. Programm des Fachgesprächs „Ressourceneffizienz in der Win
7. Entsorgung 33 8. Recycling 34 8.1 Beton 35 8.2 Metalle 35 8.3
Rotorblätter 37 8.4 Repowering 41 9. Bewertung der Ressourceneffizienz von WiVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
pulationsdichte nach sich ziehen. Allerdings ist der Nachweis sehr schwierig. Ein Leistungsabfall und somit ein Einfluss auf die Energieeffizienz von Anlagen kann dann auftreten, wenn die Rotorblätter durch sehr viele tote Insekten stark verschmutzt sind (insect fouling). Bei der Errichtung von Offshore-Windparks sind zum Schutz der Biodiversität vor allem negative Einflüsse auf Meere
auf die Energieeffizienz von Anlagen kann dann auftreten, wenn die
Rotorblätter durch sehr viele tote Insekten stark verschmutzt sind (insect foulVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
. Da es nur wenige Kräne gibt, mit denen Anlagen dieser Größe errichtet werden können, bestehen hier weitere Potenziale, die Logistikkette zu verbessern. Dazu gehört das Konzept teilbarer Rotorblätter , wie etwa im Enercon-Modell E-115, bei dem Außen- und Innenblatt erst an der Baustelle verschraubt werden, um die Transportlänge und somit den Aufwand bei der Anlieferung zu reduzieren.1
die Logistikkette zu verbessern. Dazu gehört das Konzept teilbarer
Rotorblätter, wie etwa im Enercon-Modell E-115, bei dem Außen- und Innenblatt eVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
stung erzielen zu können. 5.3 Kunststoffe In der Windenergiebranche spielen bei den Rotoren Kunststoffe die größte Rolle, die vornehmlich aus Faserverbundwerkstoffen bestehen. Die meisten Rotorblätter werden aus GFK gefertigt. Da die Rotordurchmesser bei steigender Leistung stetig größer werden, findet hier eine Substitution oder Verstärkung an hoch belasteten Abschnitten durch CFK st
, die vornehmlich aus Faserverbundwerkstoffen bestehen. Die meisten
Rotorblätter werden aus GFK gefertigt. Da die Rotordurchmesser bei steigender LVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
fälligkeit erhöhen und die Lebensdauer dieser Komponenten verringern. In dem Projekt „Smart Blades“ entwickeln Forscher vom Fraunhofer IWES und dem Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt Rotorblätter , die sich an den Punkten verwinden, an denen erhöhte Last entsteht. Auch bewegliche Vorflügel und Hinterkanten, die die lokale Strömung rasch beeinflussen können, spielen eine Rolle für
vom Fraunhofer IWES und dem Deutschen Zentrum für Luftund Raumfahrt
Rotorblätter, die sich an den Punkten verwinden, an denen erhöhte Last entstehtVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ng Neben der Effizienzsteigerung in der Produktion kann auch ein gesteigerter Energieertrag wesentlich zur Ressourceneffizienz beitragen. Ein Ansatz dazu ist das aerodynamische Design der Rotorblätter . Das Unternehmen Spitzner Engineers GmbH hat festgestellt, dass Luftströmungen im Wurzelbereich das Rotorblatt „bremsen“. Mit einigen Modifikationen können Rotorblätter nachgerüstet und
izienz beitragen. Ein Ansatz dazu ist das aerodynamische Design der
Rotorblätter. Das Unternehmen Spitzner Engineers GmbH hat festgestellt, dass LuVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
amische Design der Rotorblätter. Das Unternehmen Spitzner Engineers GmbH hat festgestellt, dass Luftströmungen im Wurzelbereich das Rotorblatt „bremsen“. Mit einigen Modifikationen können Rotorblätter nachgerüstet und aerodynamisch optimiert werden. Dazu gehört unter anderem ein innenliegender Kanal, in dem durch Fliehkraft aus der Rotation ein Unterdruck entsteht und die Strömungen a
bereich das Rotorblatt „bremsen“. Mit einigen Modifikationen können
Rotorblätter nachgerüstet und aerodynamisch optimiert werden. Dazu gehört unterVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Defekts stillsteht. Optische Sensoren können gefährliche Lastspitzen identifizieren und helfen, diese zu vermeiden, indem die Anlage vor dem Auftreffen von Starkwind den Anstellwinkel der Rotorblätter ändert. CMS sollten zudem aktiv in die Steuerung von Getriebe, Generator, Kühlflüssigkeiten und Ölen eingreifen und damit Komponenten vor größeren Schäden bewahren. Um kleine Risse in Ro
m die Anlage vor dem Auftreffen von Starkwind den Anstellwinkel der
Rotorblätter ändert. CMS sollten zudem aktiv in die Steuerung von Getriebe, GenVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ch kann eine Gesamtanlage zu 80 bis 90 % recycelt werden75: Turm-Stahl und Kupfer finden Abnehmer, der Beton aus dem Turm kann zerkleinert und ebenfalls weiterverwendet werden. Sofern die Rotorblätter aus Kostengründen nicht eingelagert werden, können die Faserverbundstoffe aus Rotorblättern und Gondeln beispielsweise in Öfen der Zementproduktion energetisch verwertet werden. Ein Teil
m kann zerkleinert und ebenfalls weiterverwendet werden. Sofern die
Rotorblätter aus Kostengründen nicht eingelagert werden, können die FaserverbunVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
den, können die Faserverbundstoffe aus Rotorblättern und Gondeln beispielsweise in Öfen der Zementproduktion energetisch verwertet werden. Ein Teil der übrigen Komponenten – z. B. intakte Rotorblätter – können als Ersatzteilvorrat dienen. Zwar hat sich seit Beginn der Windenergiegewinnung vor ca. 25 Jahren eine Recycling-Industrie entwickelt, aber es ist als problematisch anzusehen, d
verwertet werden. Ein Teil der übrigen Komponenten – z. B. intakte
Rotorblätter – können als Ersatzteilvorrat dienen. Zwar hat sich seit Beginn deVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
en, das das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Dresden entwickelt. Eine Reinheit von 99 % der recycelten Komponenten wird angestrebt. 8.3 Rotorblätter Rotorblätter werden hauptsächlich aus glasfaser- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK), Füllstoffen und wenigen Metallen hergestellt. Die Faserschichten werden mit Harz (meis
e Reinheit von 99 % der recycelten Komponenten wird angestrebt. 8.3
Rotorblätter Rotorblätter werden hauptsächlich aus glasfaser- und kohlefaserverVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
raunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Dresden entwickelt. Eine Reinheit von 99 % der recycelten Komponenten wird angestrebt. 8.3 Rotorblätter Rotorblätter werden hauptsächlich aus glasfaser- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK), Füllstoffen und wenigen Metallen hergestellt. Die Faserschichten werden mit Harz (meist Epoxidharz)
n 99 % der recycelten Komponenten wird angestrebt. 8.3 Rotorblätter
Rotorblätter werden hauptsächlich aus glasfaser- und kohlefaserverstärkten KunsVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
asfaser- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK), Füllstoffen und wenigen Metallen hergestellt. Die Faserschichten werden mit Harz (meist Epoxidharz) verklebt. Seltener bestehen Rotorblätter aus Holz, Holz-Epoxid- oder Holz-Faser-Epoxid-Verbundwerkstoffen. Im Gegensatz zu Rotorblättern aus GFK und CFK können die in kleinen Anlagen verwendeten Blätter aus Holz besser recycelt
hten werden mit Harz (meist Epoxidharz) verklebt. Seltener bestehen
Rotorblätter aus Holz, Holz-Epoxid- oder Holz-Faser-Epoxid-Verbundwerkstoffen. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
tern pro Jahr entsorgt bzw. recycelt werden müssen, ohne dass zurzeit ein Verfahren zur Faser-Rückgewinnung im industriellen Maßstab existiert. Für eine lange Lebensdauer von WEA verfügen Rotorblätter aus Faserverbundstoffen durch Leichtbau und Wetterbeständigkeit über optimale Eigenschaften, allerdings stellt die umweltfreundliche und wirtschaftliche Entsorgung ein Problem dar. Aufgr
llen Maßstab existiert. Für eine lange Lebensdauer von WEA verfügen
Rotorblätter aus Faserverbundstoffen durch Leichtbau und Wetterbeständigkeit übVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ht werden, sofern diese nicht auf Zug belastet werden. Der Stand der Technik bei der Entsorgung von Rotorblattmaterial ist eine Kombination aus stofflicher und thermischer Verwertung. Die Rotorblätter werden vor Ort demontiert und vorzerkleinert, damit sie zur Aufbereitungsanlage transportiert werden können. Dort erfolgt eine Zerkleinerung in Stücke, die kleiner als 50 mm sind. Aus di
st eine Kombination aus stofflicher und thermischer Verwertung. Die
Rotorblätter werden vor Ort demontiert und vorzerkleinert, damit sie zur AufberVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
rstärkte Kunststoffe e.V (AKV) gewonnen. Eine elegantere Methode des Recyclings von Rotorblättern läge in der Rückgewinnung und Wiederverwendung der Fasern. Die meisten heute produzierten Rotorblätter haben einen Anteil von etwa 70 % GFK. CFK wird nur an Stellen verbaut, an denen eine Verstärkung erforderlich ist. Aufgrund des vergleichsweise niedrigen Materialpreises von Glasfasern e
ung und Wiederverwendung der Fasern. Die meisten heute produzierten
Rotorblätter haben einen Anteil von etwa 70 % GFK. CFK wird nur an Stellen verbVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
lieben, wenn sie nicht durch ein Recycling zurückgewonnen würden. In Rotorblättern sind CFK-Fasern nicht gleichmäßig verteilt und noch in einem geringen Maße vorhanden. Zudem bestehen die Rotorblätter , die gegenwärtig zur Entsorgung anfallen, fast ausschließlich aus GFK, so dass ein Recycling der Carbonfasern heute noch nicht zwingend erforderlich bzw. möglich ist. Diese Situation wir
teilt und noch in einem geringen Maße vorhanden. Zudem bestehen die
Rotorblätter, die gegenwärtig zur Entsorgung anfallen, fast ausschließlich aus VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
nd, werden entweder von den Herstellern nicht zur Verfügung gestellt oder liegen bei kleineren Herstellern möglicherweise überhaupt nicht vor. Werden Angaben, etwa zur Zusammensetzung der Rotorblätter , mitgeteilt, sagt das noch nichts über die genaue Produktionsweise oder Verteilung der Materialien innerhalb des Rotorblatts aus. Verständlicherweise haben Unternehmen ein Interesse dara
e überhaupt nicht vor. Werden Angaben, etwa zur Zusammensetzung der
Rotorblätter, mitgeteilt, sagt das noch nichts über die genaue ProduktionsweiseVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
r verwendeten Seltenen Erden und der Trennbarkeit der verwendeten Materialien. Stand der Technik bei den Rotorblättern ist derzeit das CompoCycle-Verfahren, bei dem nach Zerkleinerung der Rotorblätter Metalle abgeschieden werden und der Faserverbund-Anteil als Ersatzbrennstoff und Rohstoffsubstitut der Zementherstellung beigefügt wird. Es existiert derzeit keine übergreifende Recyclin
st derzeit das CompoCycle-Verfahren, bei dem nach Zerkleinerung der
Rotorblätter Metalle abgeschieden werden und der Faserverbund-Anteil als ErsatzVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
chrotts aus Gondeln dringend erforderlich, um die nach wie vor benötigten und verbauten Seltenen Erden zurückzugewinnen. Im Fokus der Entwicklung eines WEA-Recyclings stehen vorrangig die Rotorblätter , die zum größten Teil aus Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) und zum geringeren Teil aus Carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bestehen. Bis zum Jahr 2020 werden rund 20.000 Ton
Im Fokus der Entwicklung eines WEA-Recyclings stehen vorrangig die
Rotorblätter, die zum größten Teil aus Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ung für Siedlungsabfälle (TASi) seit 2005 nicht mehr deponiert, sondern müssen einer Verwertung zugeführt werden. Deshalb ist es beim Rückbau der Anlagen erforderlich, festzulegen, ob die Rotorblätter als Ersatzteile weiterverwendet werden sollen oder ob sie verwertet bzw. entsorgt werden müssen. Werden Anlagen nicht verkauft und Teile nicht weiter genutzt, werden an Land kleine WEA h
b ist es beim Rückbau der Anlagen erforderlich, festzulegen, ob die
Rotorblätter als Ersatzteile weiterverwendet werden sollen oder ob sie verwerteVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
en sollen oder ob sie verwertet bzw. entsorgt werden müssen. Werden Anlagen nicht verkauft und Teile nicht weiter genutzt, werden an Land kleine WEA häufig schlicht umgebrochen, wobei die Rotorblätter brechen. Der entstehende GFK-Staub könnte die Ernte auf benachbarten Feldern mit Glasfaserstäuben belasten und sie dadurch unbrauchbar machen. Auch das Zerlegen der Rotorblätter vor Ort
t, werden an Land kleine WEA häufig schlicht umgebrochen, wobei die
Rotorblätter brechen. Der entstehende GFK-Staub könnte die Ernte auf benachbartVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
wobei die Rotorblätter brechen. Der entstehende GFK-Staub könnte die Ernte auf benachbarten Feldern mit Glasfaserstäuben belasten und sie dadurch unbrauchbar machen. Auch das Zerlegen der Rotorblätter vor Ort erzeugt eine hohe Staubbelastung. Dagegen ist eine systematische Demontage durchaus möglich. Allerdings werden Abriss und Demontage ausgeschrieben und die Variante der umweltvert
belasten und sie dadurch unbrauchbar machen. Auch das Zerlegen der
Rotorblätter vor Ort erzeugt eine hohe Staubbelastung. Dagegen ist eine systemaVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
n. Ein Recycling der Faserverbund-Anteile aus Rotorblättern ist noch nicht in industriellem Maßstab möglich, lediglich die Firma CompoCycle® verwertet die Eisen- und Nichteisenmetalle der Rotorblätter stofflich. Aufgrund des Kohlenstoffanteils werden zerkleinerte Rotorblätter in der Regel in Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken zur Verbrennung beigemischt. Sobald deutlich größere
ie Firma CompoCycle® verwertet die Eisen- und Nichteisenmetalle der
Rotorblätter stofflich. Aufgrund des Kohlenstoffanteils werden zerkleinerte RotVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
n industriellem Maßstab möglich, lediglich die Firma CompoCycle® verwertet die Eisen- und Nichteisenmetalle der Rotorblätter stofflich. Aufgrund des Kohlenstoffanteils werden zerkleinerte Rotorblätter in der Regel in Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken zur Verbrennung beigemischt. Sobald deutlich größere Mengen zur Verbrennung anfallen, könnte es aber aufgrund des hohen GFK-Ante
tter stofflich. Aufgrund des Kohlenstoffanteils werden zerkleinerte
Rotorblätter in der Regel in Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken zur VerbVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
e von Rotorblättern beschäftigen, um ausreichend lange Fasern zurückzugewinnen und diese einer neuen Nutzung zuführen zu können. Die meist nur den Herstellern bekannte Zusammensetzung der Rotorblätter erschwert ein Recycling. Zudem sind neue Glasfasern zurzeit sehr kostengünstig, so dass sich der Einsatz eines so energieintensiven Verfahrens wie der Pyrolyse von GFK derzeit nicht lohn
können. Die meist nur den Herstellern bekannte Zusammensetzung der
Rotorblätter erschwert ein Recycling. Zudem sind neue Glasfasern zurzeit sehr kVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
wird zum Schutz vor Unterspülung von Schüttsteinen auf Buschmatten umgeben) vollständig im Meeresboden verankert ist, dort verbleibt. Auch kann davon ausgegangen werden, dass ein Teil der Rotorblätter nicht sachgerecht entsorgt wird und im Meer verbleibt. Das Recycling und die Entsorgung von WEA werden in den Fällen aus Deutschland heraus verlagert, wenn alte, aber noch betriebsfähige
rt verbleibt. Auch kann davon ausgegangen werden, dass ein Teil der
Rotorblätter nicht sachgerecht entsorgt wird und im Meer verbleibt. Das RecycliVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
gleichwertig IEC IIIA / DIBt 2 3 Funktionsweise Windenergieanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um. Dies geschieht über die aerodynamischen Profile der Rotorblätter , die durch die anströ- mende Luft in eine Drehbewegung versetzt werden. Der somit erzeugte Auftrieb wird in ein Drehmoment und in die Drehzahl zum Antrieb des Synchrongenerators mit Perm
che Energie um. Dies geschieht über die aerodynamischen Profile der
Rotorblätter, die durch die anströ- mende Luft in eine Drehbewegung versetzt weVENSYS Energy AG
messgeräte und Flugbefeuerung 5 Rotor und Rotorblattverstellsystem Alle VENSYS-Windenergieanlagen verfügen über einen Dreiblattrotor mit aktiver Rotorblattverstellung (Elektro-Pitch). Die Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die Rotorblätter werden über Drehkranzlager mit der Rotornabe verschraubt. Die Lagerung des Rotors ist in den Generator integriert (si
eiblattrotor mit aktiver Rotorblattverstellung (Elektro-Pitch). Die
Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die RotorblättVENSYS Energy AG
le VENSYS-Windenergieanlagen verfügen über einen Dreiblattrotor mit aktiver Rotorblattverstellung (Elektro-Pitch). Die Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die Rotorblätter werden über Drehkranzlager mit der Rotornabe verschraubt. Die Lagerung des Rotors ist in den Generator integriert (siehe Abschnitt Generator). Mit Hilfe der Rotorblattverstellung werden
otorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Die
Rotorblätter werden über Drehkranzlager mit der Rotornabe verschraubt. Die LageVENSYS Energy AG
rden über Drehkranzlager mit der Rotornabe verschraubt. Die Lagerung des Rotors ist in den Generator integriert (siehe Abschnitt Generator). Mit Hilfe der Rotorblattverstellung werden die Rotorblätter entsprechend der Windgeschwindigkeit automatisch um die Längsachse verstellt, um den Rotor in seiner Leistung zu begrenzen und eine Überlastung der Anlage zu vermeiden. Das System ist dr
bschnitt Generator). Mit Hilfe der Rotorblattverstellung werden die
Rotorblätter entsprechend der Windgeschwindigkeit automatisch um die LängsachseVENSYS Energy AG
otokolle und Angabe zum Betriebsstand der Windenergieanlage abgefragt werden. 7 Sicherheitstechnik Als Bremssystem der Windenergieanlage dienen die drei unabhängig voneinander steuerbaren Rotorblätter . Diese können mit Hilfe von jeweils einem Blattverstellmotor pro Rotorblatt im gesamten Arbeitsbereich gedreht werden. Jeder Blattverstellantrieb ist mit einer separaten Notenergieversor
indenergieanlage dienen die drei unabhängig voneinander steuerbaren
Rotorblätter. Diese können mit Hilfe von jeweils einem Blattverstellmotor pro RVENSYS Energy AG
rden. Jeder Blattverstellantrieb ist mit einer separaten Notenergieversorgungseinheit in Form einer Kondensatorbank ausgestattet. Sollte das öffentliche Stromnetz ausfallen, so werden die Rotorblätter mit Hilfe der in den Kondensatorbänken gespeicherten Energie in wenigen Sekunden in Fahnenstellung gebracht und die Windenergieanlage damit sicher abgebremst. Im Falle von Wartungsarbeit
estattet. Sollte das öffentliche Stromnetz ausfallen, so werden die
Rotorblätter mit Hilfe der in den Kondensatorbänken gespeicherten Energie in weVENSYS Energy AG
,1 m/s Abschaltwindgeschwindigkeit 25 m/s Überlebenswindgeschwindigkeit 52,5 m/s Betriebstemperatur -20°C bis +40°C Rotor Durchmesser 99,8 m überstrichene Rotorkreisfläche 7.823 m² Anzahl Rotorblätter 3 Drehrichtung Uhrzeigersinn Blatttyp LM 48.8 oder gleichwertig Drehzahl (variabel) 6,5 - 14,5 U/min Leistungsregelung Pitch Bremsen Einzelblattverstellung, dreifach redundant Turm Naben
r Durchmesser 99,8 m überstrichene Rotorkreisfläche 7.823 m² Anzahl
Rotorblätter 3 Drehrichtung Uhrzeigersinn Blatttyp LM 48.8 oder gleichwertig DrVENSYS Energy AG
nde Fortschritt dieser historischen abendländischen Windmühlen besteht nicht in der meist horizontalen Orientierung der Rotorachse, sondern in der höheren Strömungsgeschwindigkeit an den Rotorblättern und dem Antrieb durch die aerodynamische Auftriebskraft senkrecht zur Strömungsrichtung. Bei einem in der Strömung gewissermaßen mitschwimmenden Widerstandsläufer ist die Relativgeschwi
Rotorachse, sondern in der höheren Strömungsgeschwindigkeit an den
Rotorblättern und dem Antrieb durch die aerodynamische Auftriebskraft senkrechtUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
Die bekanntesten Formen dieser Arbeitsmaschinen waren die vierblättrige Holländer-Windmühle und die zum Pumpen von Wasser eingesetzte langsam laufende „Westernmill“ mit zwanzig und mehr Rotorblättern – die erste industriell in großen Stückzahlen hergestellte Windkraftanlage, die zudem für den automatischen Betrieb ohne menschliche Bedienung durch einen Müller auskam. Ein robustes Re
er eingesetzte langsam laufende „Westernmill“ mit zwanzig und mehr
Rotorblättern – die erste industriell in großen Stückzahlen hergestellte WindkrUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
denergieanlagen. Ausgehend von Rotordurchmessern von 15 bis 20 Meter wuchsen die Anlagen evolutionär in ihrer Größe und technischen Komplexität. Dabei setzte sich die Verwendung von drei Rotorblättern aus strukturdynamischen, akustischen und ästhetischen Gründen durch. 2. Von netzgebundenen zu netzstützenden Windenergieanlagen Auch wenn sich die äußere Form von Windenergieanlagen in
technischen Komplexität. Dabei setzte sich die Verwendung von drei
Rotorblättern aus strukturdynamischen, akustischen und ästhetischen Gründen durUniversität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010
n würden. Der Entwicklungsschritt zu den neuen Großanlagen war mit einer überproportionalen Zunahme des Anlagengewichts und dadurch notwendiger massiverer Turmbauwerke verbunden. Bei den Rotorblättern wurde intensiv an Aerodynamik und Steifigkeit gearbeitet. Schließlich verfügten die neuen Anlagen über einen größeren Rotordurchmesser und sollten bevorzugt in Starkwindgebieten, wie z.
und dadurch notwendiger massiverer Turmbauwerke verbunden. Bei den
Rotorblättern wurde intensiv an Aerodynamik und Steifigkeit gearbeitet. SchließBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
re Bauweise, eine höhere Leistungsdichte und eine Reduzierung der bewegten Teile auszeichnen. Im Hinblick auf das Einsatzgebiet Offshore wurden auch die Kühlkonzepte modifiziert. Bei den Rotorblättern greifen immer mehr Hersteller auf kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) anstelle von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) entweder für zentrale Bauteile oder sogar für das komplette
zgebiet Offshore wurden auch die Kühlkonzepte modifiziert. Bei den
Rotorblättern greifen immer mehr Hersteller auf kohlefaserverstärkte KunststoffBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
hrieben. Anzahl und Drehrichtung der Rotoren Aufgrund der bestehenden Windenergieanlagen sowie der am Markt gängigen Anlagensysteme, werden für die neuen Windenergieanlagen Anlagen mit 3 Rotorblättern vorgeschrieben. Hierdurch wird ein einheitliches Gesamtbild erzeugt, das für den Betrachter allgemein nicht so störend wirkt, wie es bei unterschiedlichen Anlagen der Fall ist. Das Glei
agensysteme, werden für die neuen Windenergieanlagen Anlagen mit 3
Rotorblättern vorgeschrieben. Hierdurch wird ein einheitliches Gesamtbild erzeuSamtgemeinde Thedinghausen
ben verwendet werden. 6.3 Außengestalt der zulässigen Windenergieanlagen Zur einheitlichen Gestaltung des Windparks wird festgelegt, dass die zulässigen Windenergieanlagen mit genau drei Rotorblättern auszustatten sind, die Drehrichtung jeder Anlage im Uhrzeigersinn erfolgen muss und die Trägertürme der Windenergieanlagen einen geschlossenen, runden Trägerturm aus Stahlbeton oder Sta
festgelegt, dass die zulässigen Windenergieanlagen mit genau drei
Rotorblättern auszustatten sind, die Drehrichtung jeder Anlage im UhrzeigersinnSamtgemeinde Thedinghausen
twerten zu begrenzen. 8.4 Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigend wirkt. In der Vergangenheit war dieser Effekt bei hochglänzenden Rotoroberflächen aufgetreten. Diese Oberflächengesta
ichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den
Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigeSamtgemeinde Thedinghausen
ieanlagen mittels Abschaltmodulen zu erreichen, so dass die Anlagen zeitweise abgeschaltet werden können. 6.6.3 Reflexionen In Bezug auf den Menschen können Lichtreflexionen, die von den Rotorblättern ausgehen, einen so genannten Disko-Effekt verursachen. Dieser Disko-Effekt, periodische Lichtreflexionen an den WEA, ist bei den Anlagen, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen,
nen In Bezug auf den Menschen können Lichtreflexionen, die von den
Rotorblättern ausgehen, einen so genannten Disko-Effekt verursachen. Dieser DisVDH Projektmanagement GmbH
rich nicht relevant. Zur Vermeidung von Lichtreflexionen sind bei den WEA die Rotorblätter sowie das Gehäuse der Maschine mit einem matten Grauton beschichtet. 6.6.4 Eiswurf Eisansatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhten Gefährdung der Umgebung führen. Es können verschiedene Maßnahme ergriffen werden, um diese Gefährdung zu reduzieren. D
e mit einem matten Grauton beschichtet. 6.6.4 Eiswurf Eisansatz an
Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhteVDH Projektmanagement GmbH
liche Steigerung der Effizienz bei kleinen Windkraftanlagen erreicht werden kann. Das gelungene Beispiel der innovativen Windkraftanlage H180 zeigt, daß mit gutem Design und hochwertigen Rotorblättern größere Leistungsbeiwerte cp(el) erzielbar sind. Dieser im Windkanal nachgewiesene Leistungsbeiwert ist deutlich größer, als bei allen vergleichbaren Kleinwindkraftanlagen. Die Kleinwin
Windkraftanlage H180 zeigt, daß mit gutem Design und hochwertigen
Rotorblättern größere Leistungsbeiwerte cp(el) erzielbar sind. Dieser im WindkaDEWI Magazin Nr. 28, 02/2006
gegewicht und die präzise Fertigung der Bauteile. Windkraftanlage H180, Leeläufer mit automatischer Windnachführung, 1,0 kW Nennleistung, Durchmesser 1,80 m mit aerodynamisch optimierten Rotorblättern (Patent angemeldet).
kW Nennleistung, Durchmesser 1,80 m mit aerodynamisch optimierten
Rotorblättern (Patent angemeldet). DEWI Magazin Nr. 28, 02/2006
u optimieren. Die gewählten Modifikationen sind direkt vor Ort im Rahmen von Reparaturarbeiten implementierbar, mit entsprechender Kostenersparnis im Vergleich zu Abbau und Remontage von Rotorblättern . Damit bietet sich Betreibern älterer Windenergieanlagen ein Anreiz zur Optimierung ihrer Anlagen, die durch ihre verbesserte Effizienz wiederum den individuellen Beitrag zum Klimaschut
prechender Kostenersparnis im Vergleich zu Abbau und Remontage von
Rotorblättern. Damit bietet sich Betreibern älterer Windenergieanlagen ein AnreDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
S 1 ÜBER DIE ZEIT BEI 8 M/S 44 ABBILDUNG 11: ERLÄUTERUNG ZU IN- PLANE AND OUT- OF -PLANE LASTEN 45 ABBILDUNG 12: VERGLEICH DER LEISTUNGSKENNLINIEN MIT ANDEREN 1.5 MW ANLAGEN MIT GLEICHEN ROTORBLÄTTERN 46 ABBILDUNG 13: VERGLEICH DES ROTORLEISTUNGSBEIWERTES CP MIT ANDEREN 1.5 MW ANLAGEN 47 ABBILDUNG 14: CP – Λ – DIAGRAMM 47 ABBILDUNG 15: DAS VERMESSENE ROTORBLATT 37.3P DER FIRMA LM 59
CH DER LEISTUNGSKENNLINIEN MIT ANDEREN 1.5 MW ANLAGEN MIT GLEICHEN
ROTORBLÄTTERN 46 ABBILDUNG 13: VERGLEICH DES ROTORLEISTUNGSBEIWERTES CP MIT ANDDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
er Flugzeuge bildete. Auch in der Windenergie fanden sie vor allem in den frühen Jahren flächendeckend Anwendung und werden teilweise immer noch benutzt. Zwar sind die Ergebnisse die mit Rotorblättern die auf NACA-Profilen beruhen erzielt werden nicht generell schlecht, allerdings gibt es ein deutliches Optimierungspotenzial. Diese Optimierung wurde lange Zeit vernachlässigt. So komm
den teilweise immer noch benutzt. Zwar sind die Ergebnisse die mit
Rotorblättern die auf NACA-Profilen beruhen erzielt werden nicht generell schleDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
im Bereich von über 10% möglich sind. Da es sich dabei nur um theoretische Simulationen handelt, wird weiterhin davon ausgegangen, dass durch die im Projekt angestrebten Optimierungen an Rotorblättern pro Windenergieanlage Ertragssteigerungen von etwa 5 % erreicht werden können. Anfang 2009 waren in Deutschland 9.532 Windenergieanlagen mit einer Leistung zwischen 1,5 und 3 MW in Betr
sgegangen, dass durch die im Projekt angestrebten Optimierungen an
Rotorblättern pro Windenergieanlage Ertragssteigerungen von etwa 5 % erreicht wDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
MW-Klasse typische und verbreitete Rotorblattprofilfamilie gewählt. Die Wahl fiel auf die Blattserie LM 37.3p des dänischen Herstellers LM. Momentan werden drei Generationen von LM 37.3p Rotorblättern eingesetzt. Die Reihennamen lauten 37.3p, -p2 und -p3. Bei jeder Serie hat sich die Struktur geändert, die Außengeometrie aber ist gleichgeblieben. Bis April 2012 wurden allein von den
hen Herstellers LM. Momentan werden drei Generationen von LM 37.3p
Rotorblättern eingesetzt. Die Reihennamen lauten 37.3p, -p2 und -p3. Bei jeder Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
setzt. Die Reihennamen lauten 37.3p, -p2 und -p3. Bei jeder Serie hat sich die Struktur geändert, die Außengeometrie aber ist gleichgeblieben. Bis April 2012 wurden allein von den 37.3p2 Rotorblättern rund 20.000 Stück produziert [LM12]. Zusammenfassend lassen sich folgende Forschungsfragen formulieren, die im Rahmen des Projektes beantwortet werden sollen: - Welche Modifizierungen k
r ist gleichgeblieben. Bis April 2012 wurden allein von den 37.3p2
Rotorblättern rund 20.000 Stück produziert [LM12]. Zusammenfassend lassen sich Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
.000 Stück produziert [LM12]. Zusammenfassend lassen sich folgende Forschungsfragen formulieren, die im Rahmen des Projektes beantwortet werden sollen: - Welche Modifizierungen können an Rotorblättern vorgenommen werden, um den Energieertrag spürbar zu verbessern? - Haben derartige Modifizierungen Einfluss auf die Festigkeit der Rotorblattprofile? - Gibt es eindeutige Optimierungsmög
ktes beantwortet werden sollen: - Welche Modifizierungen können an
Rotorblättern vorgenommen werden, um den Energieertrag spürbar zu verbessern? -Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ngte Abweichungen von der Sollgeometrie gleich mit zu berücksichtigen. Unter Sollgeometrie wird die Rotorblattform ohne jegliche Abweichungen von der Design-Geometrie verstanden. Auf den Rotorblättern dieser Profilreihe sind bereits standardmäßig aerodynamische Hilfsmittel vorhanden. Diese sind: - Vortex-Generatoren - Zackenband - Gurney-Flaps bzw. Flaps Die genaue Anzahl und Positio
jegliche Abweichungen von der Design-Geometrie verstanden. Auf den
Rotorblättern dieser Profilreihe sind bereits standardmäßig aerodynamische HilfDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
der nicht bestätigt. Die strukturellen Daten sind somit derzeit noch nicht vorhanden. Dies ist allerdings auch nicht unbedingt notwendig – wie andere Projekte zur Leistungsoptimierung an Rotorblättern gezeigt haben – so lange nachgewiesen werden kann, dass die Lasten des modifizierten Rotorblattes bei Nennleistung unter den im Typenzertifikat festgelegten Grenzlasten bleiben. Gegeben
edingt notwendig – wie andere Projekte zur Leistungsoptimierung an
Rotorblättern gezeigt haben – so lange nachgewiesen werden kann, dass die LasteDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
inatensystem ab. Damit ermöglichten sie noch keine direkte Erstellung von Windkanal-Modellen. Für die Windkanalmessungen wurden sogenannte 2D-Modelle benötigt, die im Gegensatz zu realen Rotorblättern weder Verwindungen (twist) noch eine Vorbeugung (pre-bend) aufweisen. Die gewonnenen Messdaten aus den zwei Messlasern und damit von zwei Ebenen pro Schnitt erlaubten allerdings die Rüc
wurden sogenannte 2D-Modelle benötigt, die im Gegensatz zu realen
Rotorblättern weder Verwindungen (twist) noch eine Vorbeugung (pre-bend) aufweiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
iner tragenden Struktur aus Stahl hergestellt. Die Außenhülle besteht aus Gelcoat-beschichtetem GFK. Damit sind die Oberflächeneigenschaften der Modelle vergleichbar mit denen von realen Rotorblättern . Vermessung des aerodynamischen Ist-Zustandes im Windkanal Bremerhaven Die aerodynamische Vermessung des Ist-Zustandes der Modelle erfolgte in einer längerfristigen Messkampagne im Wind
flächeneigenschaften der Modelle vergleichbar mit denen von realen
Rotorblättern. Vermessung des aerodynamischen Ist-Zustandes im Windkanal BremerDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
S1 und S2 die Vortex-Generatoren montiert (s. Tabelle 6) und vermessen. Anschließend wurden die Schnitte S3 und S4 mit Gurney-Flap vermessen. Um den Einfluss von Verschmutzungen auf den Rotorblättern auf ihre aerodynamischen Eigenschaften abschätzen zu können, wurde auf alle fertig konfigurierten Schnitte (also die Schnitte im Originalzustand mit den Add-ons) dünnes Zackenband aufge
Gurney-Flap vermessen. Um den Einfluss von Verschmutzungen auf den
Rotorblättern auf ihre aerodynamischen Eigenschaften abschätzen zu können, wurdDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
n zur Reduktion von Geräuschemissionen entworfen. Maßnahmen zur aerodynamischen Optimierung Schon vor Projektbeginn bestanden einige Vorüberlegungen für mögliche Optimierungsmaßnahmen an Rotorblättern , die auch im Antrag aufgeführt wurden. Nicht alle wurden auch im Projekt wieder aufgegriffen. Im Folgenden wird beschrieben, welche Verfahren erwogen wurden und welche tatsächlich näher
anden einige Vorüberlegungen für mögliche Optimierungsmaßnahmen an
Rotorblättern, die auch im Antrag aufgeführt wurden. Nicht alle wurden auch im Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
Zertifizierung nach IEC-61400 Norm. AP 5 – Prüfung der Maßnahmen auf Umsetzbarkeit Inhalt des Arbeitspaketes war es, die Auswirkungen der geplanten aerodynamischen Modifikationen an den Rotorblättern auf die strukturellen Belastungen des Rotorblattes zu überprüfen. Das Ergebnis sollte eine Bewertung der Effizienz der Modifikationen erlauben und darüber hinaus darstellen, ob diese zu
e Auswirkungen der geplanten aerodynamischen Modifikationen an den
Rotorblättern auf die strukturellen Belastungen des Rotorblattes zu überprüfen.Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
gebnis sollte eine Bewertung der Effizienz der Modifikationen erlauben und darüber hinaus darstellen, ob diese zu einer lokalen und globalen Erhöhung der strukturellen Belastungen an den Rotorblättern , der Anlage oder der Tragstruktur im Anlagenbetrieb führen. Diese Informationen bilden eine der Grundlagen für eine Bewertung der Zertifizierungsfähigkeit, respektive der Einhaltung des
lokalen und globalen Erhöhung der strukturellen Belastungen an den
Rotorblättern, der Anlage oder der Tragstruktur im Anlagenbetrieb führen. DieseDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
gsmodells und erlaubt nicht den absoluten Vergleich mit den gemessenen Daten der Referenzanlagen. Abbildung 12: Vergleich der Leistungskennlinien mit anderen 1.5 MW Anlagen mit gleichen Rotorblättern . Elektrische Leistung [MW] Windgeschwindigkeit [m/s] Der Rotorleistungsbeiwert CP beschreibt in diesem Fall das Verhältnis zwischen der von der WEA gelieferten Leistung und der Leistung
ch der Leistungskennlinien mit anderen 1.5 MW Anlagen mit gleichen
Rotorblättern. Elektrische Leistung [MW] Windgeschwindigkeit [m/s] Der RotorleiDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
diesem Fall sind die von BLADED simulierten Rotorleistungsbeiwerte gleich oder niedriger als die Referenzen. (Drei Windenergieanlagen mit 77m Rotordurchmesser und installierten LM 37.3p Rotorblättern von den Herstellern Nordex, Fuhrländer und Repower), s. Anhang. Abbildung 13: Vergleich des Rotorleistungsbeiwertes CP mit anderen 1.5 MW Anlagen Das Cp – λ – Diagramm ist eine grundle
energieanlagen mit 77m Rotordurchmesser und installierten LM 37.3p
Rotorblättern von den Herstellern Nordex, Fuhrländer und Repower), s. Anhang. Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ertifizierung analysiert und ausgewertet werden können. Für die verwendeten Datenblätter der Referenzanlagen (drei Windenergieanlagen mit 77m Rotordurchmessen und installierten LM 37.3p Rotorblättern von den Herstellern Nordex, Fuhrländer und Repower), s. Anhang. Bewertung der Ergebnisse des Gesamtprojekts im Hinblick auf die ursprüngliche Zielsetzung Ziel des Projektes war es, zu
energieanlagen mit 77m Rotordurchmessen und installierten LM 37.3p
Rotorblättern von den Herstellern Nordex, Fuhrländer und Repower), s. Anhang. Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
nd ein verbessertes Profil eines Rotorblattes erarbeitet werden, das höhere Erträge ermöglicht. Folgende Forschungsfragen wurden im Vorfeld formuliert: • Welche Modifizierungen können an Rotorblättern vorgenommen werden, um den Energieertrag spürbar zu verbessern? • Haben derartige Modifizierungen Einfluss auf die Festigkeit der Rotorblattprofile? • Gibt es eindeutige Optimierungsmög
n wurden im Vorfeld formuliert: • Welche Modifizierungen können an
Rotorblättern vorgenommen werden, um den Energieertrag spürbar zu verbessern? •Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
rauchten WEA umsetzen lassen? Nach Abschluss der ersten Projektphase lassen sich diese Fragen wie folgt beantworten: Die erste Phase hat gezeigt, dass eine aerodynamische Optimierung von Rotorblättern speziell im Blattinnenbereich sinnvoll und möglich ist. Dabei hat sich der Einsatz von aerodynamischen Hilfsmitteln sowohl in wirtschaftlicher als auch in technischer Hinsicht als am er
erste Phase hat gezeigt, dass eine aerodynamische Optimierung von
Rotorblättern speziell im Blattinnenbereich sinnvoll und möglich ist. Dabei hatDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ologisch sinnvoll, die bestehenden Rotorblätter so lange wie möglich zu nutzen. Die Montage ist mittels einer gängigen Arbeitsbühne im Rahmen von Reinigungs- oder Wartungsarbeiten an den Rotorblättern möglich. Die teuren Kosten für Kran und Transport entfallen somit (für konkrete Zahlen, vgl. AP 5). Dadurch bleibt das Verfahren ohne Demontage der Rotorblätter im Verhältnis relativ ko
rbeitsbühne im Rahmen von Reinigungs- oder Wartungsarbeiten an den
Rotorblättern möglich. Die teuren Kosten für Kran und Transport entfallen somitDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
ierungen notwendig sind. Die Entscheidung mit aerodynamischen Add-Ons zu arbeiten hat sich als gut herausgestellt. Die Produktion der Hilfsmittel ist im Vergleich zur Fertigung von neuen Rotorblättern sehr kosten- und materialsparend. Die gewählten Modifikationen sind direkt vor Ort im Rahmen von Reparaturarbeiten implementierbar, mit entsprechender Kostenersparnis im Vergleich zu Ab
roduktion der Hilfsmittel ist im Vergleich zur Fertigung von neuen
Rotorblättern sehr kosten- und materialsparend. Die gewählten Modifikationen siDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
erialsparend. Die gewählten Modifikationen sind direkt vor Ort im Rahmen von Reparaturarbeiten implementierbar, mit entsprechender Kostenersparnis im Vergleich zu Abbau und Remontage von Rotorblättern . Damit bietet sich Betreibern älterer Windenergieanlagen ein Anreiz zur Optimierung ihrer Anlagen, die durch ihre verbesserte Effizienz wiederum den individuellen Beitrag zum Klimaschut
prechender Kostenersparnis im Vergleich zu Abbau und Remontage von
Rotorblättern. Damit bietet sich Betreibern älterer Windenergieanlagen ein AnreDeutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
2, Varel, 2012. [Sch09] SCHNEEMANN, J.: Diplomarbeit: Auftriebsmessungen in turbulenter Umgebung, Oldenburg, 2009. [Sou11] SOUZA-HEINZELMANN, B.: Dissertation: Strömungsbeeinflussung bei Rotorblättern von Windenergieanlagen mit Schwerpunkt auf Grenzschichtabsaugung, Berlin 2011. [TAU09] TAU Users Guide, Release 2009.1.0, 2009. Anhänge Tabellen (Referenzen im Text) Sehnenlänge c, Int
1] SOUZA-HEINZELMANN, B.: Dissertation: Strömungsbeeinflussung bei
Rotorblättern von Windenergieanlagen mit Schwerpunkt auf Grenzschichtabsaugung,Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH
uenz kann mit Hilfe einer optischen Messung bestimmt werden, die die Lichtimpulse zählt, die entstehen, wenn ein Lichtstrahl durch den Rotor zur Linse des Messgerätes geführt und von den Rotorblättern unterbrochen wird. Die Messgeräte geben meistens die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min) an. Die Umrechnung in die Kreisfrequenz erfolgt nach der Formel: Die Messung des Drehmome
rahl durch den Rotor zur Linse des Messgerätes geführt und von den
Rotorblättern unterbrochen wird. Die Messgeräte geben meistens die Drehzahl in Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
wird der sogenannte Disco-Effekt als Belästigung empfunden. Durch die Verwendung spezieller Farbanstriche der Rotorblätter wird dieser Effekt, der durch wechselnde Lichtreflektion an den Rotorblättern entsteht, vermieden. Wegen einer möglichen Beeinträchtigung des denkmalgeschützten Schlosses Hämelschenburg wird auf die Bedingung unter Nr. II.2.2.2 Nr. 1verwiesen. Die negativen Auswi
er wird dieser Effekt, der durch wechselnde Lichtreflektion an den
Rotorblättern entsteht, vermieden. Wegen einer möglichen Beeinträchtigung des dLandkreis Hameln-Pyrmont
k anzuhalten. Allerdings stehen in der Regel im „Schattenbereich“ von Windparks keine Wohngebäude. Im Gegensatz zum Schattenwurf spielt der sogenannte „Diskoeffekt“ – Lichtreflexe an den Rotorblättern – heute keine Rolle mehr, denn schon lange werden die Rotorflächen mit matten, nicht reflektierenden Farben gestrichen. S Sicherheit von Windenergieanlagen. Windenergieanlagen sind heu
ttenwurf spielt der sogenannte „Diskoeffekt“ – Lichtreflexe an den
Rotorblättern – heute keine Rolle mehr, denn schon lange werden die RotorflächeBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
anische Energie umwandeln. Moderne Anlagen erreichen heute einen Wirkungsgrad von 45 bis knapp 50 Prozent. Für die Leistung, die dem Wind entzogen werden kann, ist maßgeblich die von den Rotorblättern überstrichene Fläche bzw. spezielle Bauart der Rotorblätter sowie die Windgeschwindigkeit von Bedeutung. Gerade die Windgeschwindigkeit ist für den Ertrag einer Anlage entscheidend, da
ung, die dem Wind entzogen werden kann, ist maßgeblich die von den
Rotorblättern überstrichene Fläche bzw. spezielle Bauart der Rotorblätter sowieBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
hindert werden kann (z.B. Rotorblattheizung). Dieses Gutachten muss auch eine Stellungnahme zur Gefährdung bei abgeschalteter Windenergieanlage enthalten. Im Aufenthaltsbereich unter den Rotorblättern einer Windenergieanlage, mit technischen Einrichtungen zur Außerbetriebnahme des Rotors bei Eisansatz, ist durch Hinweisschilder auf die verbleibende Gefährdung durch Eisabfall bei Roto
teter Windenergieanlage enthalten. Im Aufenthaltsbereich unter den
Rotorblättern einer Windenergieanlage, mit technischen Einrichtungen zur AußerbBaden-Württembergische Ministerien für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft; für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz; für Verkehr und Infrastruktur; für Finanzen und Wirtschaft
g haben ebenfalls einen erweiterten Betriebsbereich und sind bis zu einer Außentemperatur von 45 Grad Celsius verfügbar. Das Rotorblatt-Eisdetektionssystem erkennt die Eisbildung auf den Rotorblättern und schaltet die Windenergieanlage automatisch ab, um Eiswurf zu vermeiden. Durch das innovative Messprinzip direkt an den Rotorblättern erkennt das System auch im Stillstand schnell un
Das Rotorblatt-Eisdetektionssystem erkennt die Eisbildung auf den
Rotorblättern und schaltet die Windenergieanlage automatisch ab, um Eiswurf zu Nordex
isdetektionssystem erkennt die Eisbildung auf den Rotorblättern und schaltet die Windenergieanlage automatisch ab, um Eiswurf zu vermeiden. Durch das innovative Messprinzip direkt an den Rotorblättern erkennt das System auch im Stillstand schnell und präzise relevante Vereisungen und kann dadurch bei Eisfreiheit die Turbine automatisch wieder freigeben. Service – einfach, schnell und
swurf zu vermeiden. Durch das innovative Messprinzip direkt an den
Rotorblättern erkennt das System auch im Stillstand schnell und präzise relevanNordex
mponenten allen Qualitätskriterien entsprechen und somit ein hochwertiges, ausgereiftes Produkt in Serie geht. Qualitätsgesichertes Rotorblatt Insbesondere bei den bis zu 58 Meter langen Rotorblättern stellt Nordex hohe Anforderungen an das Material. Durch automatisierte Fertigungsverfahren und die Überwachung des gesamten Herstellungsprozesses mithilfe moderner Mess- und Prüfmethode
gesichertes Rotorblatt Insbesondere bei den bis zu 58 Meter langen
Rotorblättern stellt Nordex hohe Anforderungen an das Material. Durch automatisNordex
rne Windenergieanlagen wesentlich effizienter Strom als frühere Anlagengenerationen. Die Hersteller bieten auf dem deutschen Markt praktisch nur noch Windenergieanlagen mit verstellbaren Rotorblättern und variabler Drehzahl an. Anders als bei vielen Anlagen der 600 kW-Klasse kann damit vor allem bei geringen Windgeschwindigkeiten eine optimierte Energieeinspeisung erreicht werden. Di
chen Markt praktisch nur noch Windenergieanlagen mit verstellbaren
Rotorblättern und variabler Drehzahl an. Anders als bei vielen Anlagen der 600 Deutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
g erreicht werden. Die Steigerung der Nennleistung einer Windenergieanlage ist nur bei einer Vergrößerung der sogenannten „Rotorkreisfläche“ möglich. Die Rotorkreisfläche ist die von den Rotorblättern überstrichene Fläche, auf der die Windenergie „geerntet“ wird. Der Einsatz großer Rotorblätter erfordert andererseits hohe Türme, damit ein ausreichender Abstand der Blattspitzen zur Ge
n „Rotorkreisfläche“ möglich. Die Rotorkreisfläche ist die von den
Rotorblättern überstrichene Fläche, auf der die Windenergie „geerntet“ wird. DeDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
trags der neu entwickelten Windenergieanlagen. Eine erhebliche Verbesserung der Situation wurde dadurch erreicht, dass heute praktisch nur noch drehzahlvariable Anlagen mit verstellbaren Rotorblättern eingesetzt werden. Vor dem Hintergrund der technologischen Fortschritte erfolgte zwischenzeitlich auch eine Anpassung der immissionsschutzrechtlichen Standards. Bewertungsmaßstab ist he
eute praktisch nur noch drehzahlvariable Anlagen mit verstellbaren
Rotorblättern eingesetzt werden. Vor dem Hintergrund der technologischen FortscDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
trukturbeschränkungen (maximal passierbare Höhe / Breite von Brücken und sonstigen Bauwerken, Kurvenradien der Verkehrswege etc.) ist der Einsatz dieser Anlagen mit über 60 Meter langen Rotorblättern und Turmsegmenten von mehr als fünf Metern Durchmesser häufig mit einem unverhältnismäßigen Aufwand verbunden. Zudem erreichen die Gewichte und Größen der Komponenten dieser Großanlagen
wege etc.) ist der Einsatz dieser Anlagen mit über 60 Meter langen
Rotorblättern und Turmsegmenten von mehr als fünf Metern Durchmesser häufig mitDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
insatz sehr teurer Spezialkräne und Transportfahrzeuge erfordern. Diese Herausforderungen lassen sich auch durch Nutzung alternativer Lösungen (zum Beispiel Teilung von Turmsegmenten und Rotorblättern ) nur bedingt lösen und sind nicht zuletzt auch mit erheblichen Kosten für den Logistikaufwand verbunden. Im Übrigen ist im Hinblick auf die Akzeptanz der Windenergienutzung davon auszug
alternativer Lösungen (zum Beispiel Teilung von Turmsegmenten und
Rotorblättern) nur bedingt lösen und sind nicht zuletzt auch mit erheblichen KoDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
trags der neu entwickelten Windenergieanlagen. Eine erhebliche Verbesserung der Situation wurde dadurch erreicht, dass heute praktisch nur noch drehzahlvariable Anlagen mit verstellbaren Rotorblättern (engl. „pitch“) eingesetzt werden. In den 1990er-Jahren kamen dagegen verbreitet Anlagen zum Einsatz, bei denen die Leistungsregelung durch Strömungsabriss am Rotorblatt (engl. „stall“)
eute praktisch nur noch drehzahlvariable Anlagen mit verstellbaren
Rotorblättern (engl. „pitch“) eingesetzt werden. In den 1990er-Jahren kamen dagDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
Umweltwirkung haben als die in geringerer Zahl konzentriert errichteten Neuanlagen. Die größere Nabenhöhe von Neuanlagen führt zu einem größeren freien Luftraum unter den sich drehenden Rotorblättern . Moderne Flügelprofile verringern zudem die Verwirbelung der Luft und vermindern hierdurch die Gefährdung von Fledermäusen. Dem steht allerdings möglicherweise eine erhöhte Scheuchwirku
n führt zu einem größeren freien Luftraum unter den sich drehenden
Rotorblättern. Moderne Flügelprofile verringern zudem die Verwirbelung der LuftDeutscher Städte- und Gemeindebund (DStGB)
von Wochenstuben und potenziellen Einzelquartieren) können durch Vermeidungs- und CEF-Maßnahmen verhindert werden. Mögliche betriebsbedingte Wirkungen, die u.a. durch Kollisionen mit den Rotorblättern entstehen, können durch ein Gondelmonitoring und einen Abschaltalgorithmus begegnet werden. Für alle relevanten Arten des Anhangs IV der FFH-Richtlinie können die potenziellen Verbotsta
che betriebsbedingte Wirkungen, die u.a. durch Kollisionen mit den
Rotorblättern entstehen, können durch ein Gondelmonitoring und einen AbschaltalQS-Energy GmbH
rdungen durch Eiswurf. Eine Gefährdung durch eventuellen Eisabwurf der Windenergieanlagen wird durch eine automatische Abschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur Erkennung von Eisansatz eingebaut. Bei den Windenergieanlagen, deren Rotoren die Gemeindewege überstreichen, also die Windenerg
bschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den
Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur ErkennuGemeinde Neuenkirchen-Vörden
erfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger befürchten hohe Kollisionsverluste bei Gast- und Brutvögeln. Das Gastvogelgutachten liegt mittlerweile vor und wird den Bebauu
Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den
Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger befürcGemeinde Neuenkirchen-Vörden
efahren durch Eiswurf. Eine Gefährdung durch eventuellen Eisabwurf der Windenergieanlagen wird durch eine automatische Abschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur Erkennung von Eisansatz eingebaut. Bei den Windenergieanlagen, deren Rotoren die Gemeindewege überstreichen, also die Windenerg
bschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den
Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur ErkennuGemeinde Neuenkirchen-Vörden
erfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger bemängeln den erhöhten Freiflächenverbrauch. Die Inanspruchnahme von baulich bislang ungenutzten Flächen ist abwägungsrelevant
Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den
Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist.  Bürger bemängGemeinde Neuenkirchen-Vörden
zu versehen.  Eiswurf Eine Gefährdung durch eventuellen Eisabwurf der Windenergieanlagen wird durch eine automatische Abschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur Erkennung von Eisansatz eingebaut. Bei den Windenergieanlagen, deren Rotoren die Gemeindewege überstreichen, also die Windenerg
bschaltung der betreffenden Anlagen bei möglichem Eisansatz an den
Rotorblättern ausgeschlossen. Dazu wird eine entsprechende Sensorik zur ErkennuGemeinde Neuenkirchen-Vörden
erfährt das Maschinenhaus der WEA automatisiert in eine vordefinierte Position, in der die Rotorblätter die öffentlichen Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist. 4.4 Belange von Natur und Landschaft und des Artenschutzes Die Belange von Natur und Landschaft und des speziellen Artenschutzes sind,
Wege nicht überstreichen, so dass die Gefahr des Eisfalls von den
Rotorblättern auf öffentliche Wege weitestgehend minimiert ist. 4.4 Belange vonGemeinde Neuenkirchen-Vörden
Nennleistung von 3300 kW. Die Windeergieanlage ist gemäß DIBt zertifiziert. Die Windenergieanlage Nordex N131/3300 besteht aus folgenden Hauptbestandteilen: ● Rotor, mit Rotornabe, drei Rotorblättern und dem Pitchsystem ● Maschinenhaus mit Triebstrang, Generator und Azimutsystem ● Hybridturm mit Fundament ● Mittelspannungstransformator (MS-Transformator) und Mittelspannungsschaltanl
eht aus folgenden Hauptbestandteilen: ● Rotor, mit Rotornabe, drei
Rotorblättern und dem Pitchsystem ● Maschinenhaus mit Triebstrang, Generator unNordex Energy GmbH
or 2 MS-Schaltanlage 3 Turmtür 4 Frequenzumrichter 1.2 Rotor Der Rotor besteht aus der Rotornabe mit den drei Drehverbindungen und drei Pitchantrieben zur Blattverstellung sowie den drei Rotorblättern . Die Rotornabe besteht aus Grundkörper, Tragsystem und Spinner. Der Grundkörper besteht aus einer steifen Gusskonstruktion, auf welcher die Pitchdrehverbindungen und die Rotorblätter mo
dungen und drei Pitchantrieben zur Blattverstellung sowie den drei
Rotorblättern. Die Rotornabe besteht aus Grundkörper, Tragsystem und Spinner. DNordex Energy GmbH
unmittelbarer Nähe die Montage stattfindet, auf speziellen Transportschiffen komplett montiert zum Aufstellort gebracht, dort auf den Turm montiert und anschließend mit der Nabe und den Rotorblättern versehen. Die im Rahmen dieser Studie geführten Gespräche mit den Herstellern der Windenergieanlagen und ihrer Hauptkomponenten zeigen, dass die Entwicklung der OffshoreAnlagen zu größe
, dort auf den Turm montiert und anschließend mit der Nabe und den
Rotorblättern versehen. Die im Rahmen dieser Studie geführten Gespräche mit denForschungszentrum Jülich GmbH
eb Der Hauptantriebsmotor des Prüfstandes ist verantwortlich für die Aufbringung des Drehmomentes auf die Antriebswelle. Das Drehmoment simuliert die Windlast, die durch die Nabe mit den Rotorblättern im Betrieb auf die Welle aufgeprägt wird. Da der Wind zeitlich keine gleichmäßige Leistung bereitstellt und das Windfeld über große Rotordurchmesser sehr unterschiedliche Stärke und Ric
Das Drehmoment simuliert die Windlast, die durch die Nabe mit den
Rotorblättern im Betrieb auf die Welle aufgeprägt wird. Da der Wind zeitlich keForschungszentrum Jülich GmbH
um Anlagenbetrieb • Technische Beschreibung Siemens SWT-3.6-130 • Technische Beschreibung Transformator • Allgemeine Standortanforderungen • Angaben zur Farbgebung und Reflexionsgrad von Rotorblättern • Angaben zur Tages- und Nachtkennzeichnung • Angaben zum Schattenwurfmodul • Angaben zu wassergefährdenden Stoffen • Angaben zu Chemikalien • Sicherheitsdatenblätter 5. Angaben zu Schu
ndortanforderungen • Angaben zur Farbgebung und Reflexionsgrad von
Rotorblättern • Angaben zur Tages- und Nachtkennzeichnung • Angaben zum SchatteSchleswig-Holstein Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume
de dies nicht den Eigenschaften des vorgesehenen Projektstandortes. Weitere Ausführungen zum Brandschutz im Wald sind Anlage 11 beigefügt. 3.3. Vereisung Eis- und Reifablagerungen an den Rotorblättern der WEA können zur Reduzierung des Wirkungsgrades der Anlage und zum Herabfallen und Wegschleudern von Eisstücken führen. Die geplante Anlage verfügt über ein Eiserkennungssystem, das i
lage 11 beigefügt. 3.3. Vereisung Eis- und Reifablagerungen an den
Rotorblättern der WEA können zur Reduzierung des Wirkungsgrades der Anlage und Ökostrom Consulting Freiburg GmbH
omponenten, deren Zusammenspiel erst die volle Funktionalität der Anlage ermöglicht. Die wesentlichen Bestandteile einer Windkraftanlage sind einerseits der Rotor, bestehend aus Nabe und Rotorblättern , und andererseits die Maschinengondel, die den Generator und das Getriebe schützt. Die Gondel ist drehbar und auf dem so genannten Turm gelagert, der wiederum für die notwendige Standsi
Windkraftanlage sind einerseits der Rotor, bestehend aus Nabe und
Rotorblättern, und andererseits die Maschinengondel, die den Generator und das DCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
kunde betragen. Grafik 2 veranschaulicht die Windgeschwindigkeiten in den Weltregionen. Die Erzeugung von Windenergie ist von drei wesentlichen Faktoren abhängig: der Fläche, die von den Rotorblättern umkreist wird, der Kubikzahl der Windgeschwindigkeit und der Luftdichte. Letztere ist stark abhängig von der Höhenlage [WWEA: 2006]. Die Formel, die diesen Zusammenhang wiedergibt, laut
t von drei wesentlichen Faktoren abhängig: der Fläche, die von den
Rotorblättern umkreist wird, der Kubikzahl der Windgeschwindigkeit und der LuftDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
on Windkraftanlagen In der heutigen Zeit gibt es zahlreiche Formen und Größen von Windkraftanlagen: Windkrafträ- der mit vertikaler oder horizontaler Drehachse, mit einem, zwei oder drei Rotorblättern . Dabei haben sich horizontale Turbinen mit drei Rotorblättern als am leistungsfähigsten erwiesen. Dementsprechend dominiert diese Turbinenart den heutigen Windkraftmarkt. Durch die eing
vertikaler oder horizontaler Drehachse, mit einem, zwei oder drei
Rotorblättern. Dabei haben sich horizontale Turbinen mit drei Rotorblättern alsDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
rmen und Größen von Windkraftanlagen: Windkrafträ- der mit vertikaler oder horizontaler Drehachse, mit einem, zwei oder drei Rotorblättern. Dabei haben sich horizontale Turbinen mit drei Rotorblättern als am leistungsfähigsten erwiesen. Dementsprechend dominiert diese Turbinenart den heutigen Windkraftmarkt. Durch die eingebaute Windrichtungsnachführung, die auf der Turbinengondel po
drei Rotorblättern. Dabei haben sich horizontale Turbinen mit drei
Rotorblättern als am leistungsfähigsten erwiesen. Dementsprechend dominiert dieDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
b der Wertschöpfungskette unterscheiden, da je nach Wertschöpfungsstufe Eintrittsbarrieren den Erfolg asiatischer Start-Up-Unternehmen beeinträchtigen könnten. Während die Produktion von Rotorblättern und Getrieben ein großes Know-How und langjährige Erfahrung erfordert, sind Eintrittsbarrieren für den Einstieg in die Turmherstellung niedriger [Emerging Energy Research: 2009]. Neben
Up-Unternehmen beeinträchtigen könnten. Während die Produktion von
Rotorblättern und Getrieben ein großes Know-How und langjährige Erfahrung erforDCTI Deutsches CleanTech Institut GmbH
ieanlage lässt sich somit über die Drehzahl sowie die Stellung der Rotorblätter bezüglich der Anströmung regeln (Pitchregelung). Heute werden in Deutschland meist Anlagen mit 40 m langen Rotorblättern neu errichtet, die eine Fläche von fast 5000 m2 überstreichen. Das ergibt eine Nennleistung von 2 bis 2,5 MW (Leistungsklasse) bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 12 m/s und einem Wir
gelung). Heute werden in Deutschland meist Anlagen mit 40 m langen
Rotorblättern neu errichtet, die eine Fläche von fast 5000 m2 überstreichen. DaPhysik Journal Nr. 07/2014
e Werte gelten für einen guten Windstandort, eine Auslegung auf andere Nennwindgeschwindigkeiten ist ebenfalls möglich. An Offshore-Standorten sind heute Anlagen mit 5 MW und 60 m langen Rotorblättern typisch. Die Forschung arbeitet bereits an Konzepten für 20-MW-Anlagen mit 100 m langen Rotorblättern, die grundlegende Fragen nach Konzepten und Materialien aufwerfen. Bei der Vergröße
An Offshore-Standorten sind heute Anlagen mit 5 MW und 60 m langen
Rotorblättern typisch. Die Forschung arbeitet bereits an Konzepten für 20-MW-AnPhysik Journal Nr. 07/2014
benfalls möglich. An Offshore-Standorten sind heute Anlagen mit 5 MW und 60 m langen Rotorblättern typisch. Die Forschung arbeitet bereits an Konzepten für 20-MW-Anlagen mit 100 m langen Rotorblättern , die grundlegende Fragen nach Konzepten und Materialien aufwerfen. Bei der Vergrößerung von Bauwerken erreicht man eine Grenze, an der die ganze Konstruktion durch das eigene Gewicht in
g arbeitet bereits an Konzepten für 20-MW-Anlagen mit 100 m langen
Rotorblättern, die grundlegende Fragen nach Konzepten und Materialien aufwerfenPhysik Journal Nr. 07/2014
eichen Zeit einstellen, die notwendig ist, den Körper einmal zu überströmen. Bei Windgeschwindigkeiten von 10 m/s dauert es daher deutlich weniger als eine Sekunde, bis sich die Kraft an Rotorblättern mit Profiltiefen von 1 bis 5 m entfaltet. Für die sehr komplizierten und nicht völlig erforschten Vorgänge der Turbulenzentstehung und der Strömungsablösung an Flügelprofilen spielen so
es daher deutlich weniger als eine Sekunde, bis sich die Kraft an
Rotorblättern mit Profiltiefen von 1 bis 5 m entfaltet. Für die sehr komplizierPhysik Journal Nr. 07/2014
gen stehen in einem Windpark und wurden im Jahre 2001 errichtet. Sie waren schon vielen Witterungsverhältnissen ausgesetzt und so haben sich die oben erwähnten Schmutzablagerungen an den Rotorblättern in der Transitionslinie abgelagert. Abbildung 82 zeigt diese Transitionslinie durch Regen, allerdings in Fahnenposition und Abbildung 83 zeigt die Transitionslinie durch Verschmutzung.
zt und so haben sich die oben erwähnten Schmutzablagerungen an den
Rotorblättern in der Transitionslinie abgelagert. Abbildung 82 zeigt diese TranDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
drigen Geschwindigkeitsbereich plausibel. Um im überkritischen Bereich messen zu können, müsste also bei einer Geschwindigkeit von ca. 55 ms-1 gemessen werden. Das ist für das Modell mit Rotorblättern zu schnell, da die Drehzahl und die dadurch auftretenden Kräfte zu hoch wären. Die maximale Betriebsströmungsgeschwindigkeit für die Modelle wurde am Anfang dieses Kapitels zu 20 ms-1 d
igkeit von ca. 55 ms-1 gemessen werden. Das ist für das Modell mit
Rotorblättern zu schnell, da die Drehzahl und die dadurch auftretenden Kräfte zDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
3.8 ermittelt worden und werden in Tabelle 11 zusammengetragen. Messparameter Bedingung Wert Anströmgeschwindigkeit 20 ms-1 Drehzahl des Rotors 150 min-1 ZZ auf dem Turm  70° ZZ auf den Rotorblättern  70° (vom Staupunkt aus gemessen) Pitchwinkel der Rotorblätter 90° Messdauer 120 s Tabelle 11: Standard Messbedingungen. Die Messdauer von 120 s ist so gewählt worden, dass mögliche Sc
s-1 Drehzahl des Rotors 150 min-1 ZZ auf dem Turm  70° ZZ auf den
Rotorblättern  70° (vom Staupunkt aus gemessen) Pitchwinkel der Rotorblätter 9Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
nter optimalen Zuständen, ohne aufgrund von Anlagenfehlern zu stoppen, laufen. Zusätzlich sind die WEA in einem Windpark in der Regel von externen Stillstandszeiten z.B. Eisansatz an den Rotorblättern gleichzeitig beeinflusst. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Energieertrag durch den Bezug zur technischen Verfügbarkeit normiert, sodass der Vergleich zwischen den WEA im gleichen Windpa
in der Regel von externen Stillstandszeiten z.B. Eisansatz an den
Rotorblättern gleichzeitig beeinflusst. Im Rahmen dieser Arbeit wird der EnergiDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
ie Verfügbarkeiten aller WEA im Zeitraum von 2007 bis 2014 im Testwindpark dar. Es ist anzumerken, dass die Verfügbarkeit in 2010 aufgrund von ausgedehnten Instandsetzungsarbeiten an den Rotorblättern aller WEA im Windpark deutlich niedriger ist. Deswegen wird das Jahr 2010 in den folgenden Betrachtungen ausgelassen. Würde ein Betriebsjahr mit sehr niedrigen Verfügbarkeiten in die Be
t in 2010 aufgrund von ausgedehnten Instandsetzungsarbeiten an den
Rotorblättern aller WEA im Windpark deutlich niedriger ist. Deswegen wird das JDeutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik
triebes montiert und hat kein eigenes Lager. Si Rotor Generator converter Rotor bearing gearbox Air processing Bild: Multibrid 2.3 Getriebelose Windenergieanlagen Der Auftrieb aus den Rotorblättern wird ohne Zwischenschaltung eines Getriebes direkt in den Generator gelenkt. Das heißt, dass Rotor- und Generatordrehzahl (6 – 30 min-1) gleich sind. Um dennoch auf die erforderliche Sp
Multibrid 2.3 Getriebelose Windenergieanlagen Der Auftrieb aus den
Rotorblättern wird ohne Zwischenschaltung eines Getriebes direkt in den GeneratGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
der Regel ist sie bei Megawattanlagen begehbar, um die Wartung und Kontrolle der Aggregate für die Blattverstellung und Sicherheitseinrichtungen zu ermöglichen. 3.6 Rotor Besteht aus den Rotorblättern und der Rotornabe; heute fast ausschließlich 3 Rotorblätter, rechtsdrehend. Die Rotorblätter bestehen in der Regel aus GFK (glasfaserverstärkter Polyester), seltener aus CFK, Metall ode
Sicherheitseinrichtungen zu ermöglichen. 3.6 Rotor Besteht aus den
Rotorblättern und der Rotornabe; heute fast ausschließlich 3 Rotorblätter, rechGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
ende Tabelle zeigt die prozentualen Anteile der wichtigsten Anlagenkomponenten an den Gesamtkosten einer Windenergieanlage des Typs REpower MM82 mit 100 m hohem Stahlturm und 40 m langen Rotorblättern . Komponente Kostenanteil Komponente Kostenanteil Stahlturm (100 m) 33 % Rotornabe 2 % Rotorblätter (40 m Länge) 18 % Rotorwelle 2 % Getriebe 14 % Azimutsystem 2 % Umrichter 6 % Gondelve
ge des Typs REpower MM82 mit 100 m hohem Stahlturm und 40 m langen
Rotorblättern. Komponente Kostenanteil Komponente Kostenanteil Stahlturm (100 mGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
er die elektronische Steuerung bzw. die Sensoren fallen relativ häufig aus, führen aber zu vergleichsweise kurzen Ausfallzeiten je Betriebsstörung, während Schäden an Komponenten wie den Rotorblättern , dem Getriebe, dem Generator oder dem Triebstrang in größeren Zeitabständen auftreten, aber wiederum mehr Zeit für die Reparatur erfordern. Außerdem zeigt sich, dass die Ursachen von Be
lzeiten je Betriebsstörung, während Schäden an Komponenten wie den
Rotorblättern, dem Getriebe, dem Generator oder dem Triebstrang in größeren ZeiGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
und dem Turm vorgenommen werden, befassen sich die Forschungsprojekte mit der Integration der Sensoren in die überwachte Struktur, z. B. die Rotorblätter. Die Dehnungsmessungen an den Rotorblättern beruhen immer mehr auf faseroptischen Sensoren. Diese Forschung geht auf die Absicht zurück, eine Schadenfrüherkennung zu entwickeln, um katastrophenauslösende Betriebszustände zu verme
e Struktur, z. B. die Rotorblätter. Die Dehnungsmessungen an den
Rotorblättern beruhen immer mehr auf faseroptischen Sensoren. Diese Forschung gGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
ptor der Blatt-Oberschale. Rezeptorhalter mit Rezeptoren für die Blatt-Ober- und Unterschale Der Halter ist das Verbindungsstück zwischen Erdungsseil und Rezeptoren. Bilder: Allianz Bei Rotorblättern mit ungünstiger Rezeptor-Anordnung oder bei Blättern mit Wassereinschlüssen kann es vorkommen, dass Blitze auch direkt durch die Blattoberfläche in das Erdungssystem einschlagen. Die Bl
ungsstück zwischen Erdungsseil und Rezeptoren. Bilder: Allianz Bei
Rotorblättern mit ungünstiger Rezeptor-Anordnung oder bei Blättern mit WassereiGesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV)
agen über die Nutzung von Windenergie 3.1 Wie viel Energie steckt im Wind? Windkraftanlagen erzeugen elektrischen Strom, indem sie die Kraft, die im Wind steckt, in ein Drehmoment an den Rotorblättern umsetzt und diese mechanische Kraft über einen Generator in elektrische Energie umwandelt. Die Menge der Energie, die der Wind auf die Rotorblätter überträgt, ist abhängig von der Windg
indem sie die Kraft, die im Wind steckt, in ein Drehmoment an den
Rotorblättern umsetzt und diese mechanische Kraft über einen Generator in elektSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
rscheiden, die nachfolgend beschrieben werden. 4.1.2.1 Darrieus-Rotor Der Darrieus-Rotor (vgl. Abb. 11), benannt nach Georges Darrieus (1888 - 1979), besteht aus zwei oder drei gebogenen Rotorblättern , die jeweils mit dem oberen und unteren Ende des Anlagenmastes – mit senkrechter Drehachse – verbunden sind. Er wird aufgrund seines Aussehens oft auch mit einem Schneebesen oder mit Zw
orges Darrieus (1888 - 1979), besteht aus zwei oder drei gebogenen
Rotorblättern, die jeweils mit dem oberen und unteren Ende des Anlagenmastes – SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
äufer Windkraftanlagen mit horizontaler Rotorausrichtung können sich in ihrer Stellung zur Windrichtung hin unterscheiden. Bei Leeläufern befindet sich die Gondel in Windrichtung vor den Rotorblättern (vgl. Abb. 14). Sie benötigen keine Windnachführung und kühlen durch ihre Ausrichtung automatisch den Generator mit dem Wind. An der Gondel bilden sich jedoch Verwirbelungen die sich na
n. Bei Leeläufern befindet sich die Gondel in Windrichtung vor den
Rotorblättern (vgl. Abb. 14). Sie benötigen keine Windnachführung und kühlen duSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
Verwirbelungen Lärmemissionen. Abb. 13: Luvläufer (links) und Leeläufer (rechts) (Quelle: Wind-Energie, 2010, Kap. 5). Bei Luvläufern befindet sich die Gondel in Windrichtung hinter den Rotorblättern (vgl. Abb. 14). Hierbei bedarf es einer Nachführung, welche bei großen Anlagen elektronisch, bei KWEA in der Regel durch Steuerfahnen erfolgt. Anhand der oben genannten Nachteile der Le
Bei Luvläufern befindet sich die Gondel in Windrichtung hinter den
Rotorblättern (vgl. Abb. 14). Hierbei bedarf es einer Nachführung, welche bei gSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
5. Schnellläufer sind ausschließ- lich Auftriebsläufer mit einer Schnelllaufzahl von 2,5 bis 15. In dieser Kategorie finden wir alle Strom erzeugenden Windkraftanlagen mit einem bis drei Rotorblättern (Wind-Energie, 2010). 4.2.3 Leistungsbeiwert Die Umsetzung von Windenergie in mechanisch nutzbare Energie erfolgt durch die Abbremsung der Luftmassen an den Rotorblättern der Windenergi
den wir alle Strom erzeugenden Windkraftanlagen mit einem bis drei
Rotorblättern (Wind-Energie, 2010). 4.2.3 Leistungsbeiwert Die Umsetzung von WiSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
einem bis drei Rotorblättern (Wind-Energie, 2010). 4.2.3 Leistungsbeiwert Die Umsetzung von Windenergie in mechanisch nutzbare Energie erfolgt durch die Abbremsung der Luftmassen an den Rotorblättern der Windenergieanlage. Ohne diesen Vorgang kann keine Energie umgesetzt werden. Theoretisch liegt die maximale Ausbeute an Leistung bei 100 Prozent, wenn die Luftmassen nach dem Rotor v
utzbare Energie erfolgt durch die Abbremsung der Luftmassen an den
Rotorblättern der Windenergieanlage. Ohne diesen Vorgang kann keine Energie umgSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
hält die Leistung nahe der Nennleistung der Windkraftanlage. Bei Sturm bzw. bei zu schnellen Windgeschwindigkeiten kann die Anlage durch Bremsklappen abgeschaltet werden, die sich an den Rotorblättern befinden. Bei Pitch-geregelten Anlagen erfolgt die Leistungsbegrenzung durch ein Verstellen des Anstellwinkels an den Rotorblättern. Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den Rotorblät
die Anlage durch Bremsklappen abgeschaltet werden, die sich an den
Rotorblättern befinden. Bei Pitch-geregelten Anlagen erfolgt die LeistungsbegreSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
urch Bremsklappen abgeschaltet werden, die sich an den Rotorblättern befinden. Bei Pitch-geregelten Anlagen erfolgt die Leistungsbegrenzung durch ein Verstellen des Anstellwinkels an den Rotorblättern . Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den Rotorblättern wird eine geringe Auftriebskraft erzeugt. Die Rotorblätter drehen langsamer und die Anlagenleistung ist dementsprechend gering.
Leistungsbegrenzung durch ein Verstellen des Anstellwinkels an den
Rotorblättern. Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den Rotorblättern wird eiSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
orblättern befinden. Bei Pitch-geregelten Anlagen erfolgt die Leistungsbegrenzung durch ein Verstellen des Anstellwinkels an den Rotorblättern. Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den Rotorblättern wird eine geringe Auftriebskraft erzeugt. Die Rotorblätter drehen langsamer und die Anlagenleistung ist dementsprechend gering. Bei schwachen Windgeschwindigkeiten von 0-4 m/s stehen di
s an den Rotorblättern. Durch einen niedrigen Anstellwinkel an den
Rotorblättern wird eine geringe Auftriebskraft erzeugt. Die Rotorblätter drehenSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
Boden eingelassen werden, die in entsprechender Entfernung vom Mastfundament liegen. Wichtig bei Aufstellung einer KWEA auf einer Freifläche ist der Aufstellort. Um Verwirbelungen an den Rotorblättern vorzubeugen, die Leistungsverluste verursachen, sollte die Anlage möglichst frei von Häusern, Bäumen oder Wallungen aufgestellt werden (vgl. Abb. 19, rechts). Je näher sich ein Hinderni
auf einer Freifläche ist der Aufstellort. Um Verwirbelungen an den
Rotorblättern vorzubeugen, die Leistungsverluste verursachen, sollte die AnlageSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
geschwindigkeiten könnte an den schlechten Standortbedingungen liegen. Die nahe liegenden Bäume verursachen möglicherweise Luftverwirbelungen, welche die Geschwindigkeit der Luft vor den Rotorblättern senkt. Abhilfe könnte hier die Verlängerung der Masthöhe auf mindestens 15 Metern sein. 6.7.2 Windmessdaten des Landesamtes für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht Rheinland-Pf
se Luftverwirbelungen, welche die Geschwindigkeit der Luft vor den
Rotorblättern senkt. Abhilfe könnte hier die Verlängerung der Masthöhe auf mindSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
n Sturmböen möglich • niedrige Anlaufgeschwindigkeit (2-3 m/s) • sehr geringe Schallemissionen • durch einfache Konstruktion sehr wartungsarm Der Generator ist mittig zwischen den beiden Rotorblättern angeordnet und verkleidet. Die technischen Daten lauten wie folgt: Leistung von Generator 3000 Watt Einschaltgeschwindigkeit 2 m/s Abschaltgeschwindigkeit keine Rotor Kunststoff/Metall
tion sehr wartungsarm Der Generator ist mittig zwischen den beiden
Rotorblättern angeordnet und verkleidet. Die technischen Daten lauten wie folgtSGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF)
hrturm 08 Getriebe 19 Azimutlager 09 Rotorhaltebremse 20 Drehmomentstütze 10 Topbox 21 Kupplung 11 Generator 22 Maschinenträger 2 Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern , die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Pitchwinkel der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Pitchantriebe um ihre Längsachse verstellt und
nträger 2 Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei
Rotorblättern, die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Senvion SE
inkels in gedämpfter Form in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz gespeist. Die Anwendung des „Tilted-Cone“-Konzepts mit einem Konuswinkel der Rotornabe von 3,5° und vorgebogenen Rotorblättern in Verbindung mit einer 5° Neigung der Rotorwelle erlauben einen extrem kurzen Überhang zwischen Rotor und Turmachse, sodass eine sichere Lastübertragung in die Turmstruktur gewährleist
epts mit einem Konuswinkel der Rotornabe von 3,5° und vorgebogenen
Rotorblättern in Verbindung mit einer 5° Neigung der Rotorwelle erlauben einen Senvion SE
dem Turmfuß. Technische Daten Steuerungssystem Prinzip Mikroprozessor Signalübertragung Lichtwellenleiter Fernüberwachung SCADA Access Monitoring 5.3 Maßnahmen bei Eisansatz Eisansatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhten Gefährdung der Umgebung führen. Es können verschiedene Maßnahme ergriffen werden, um diese Gefährdung zu reduzieren. 5
g SCADA Access Monitoring 5.3 Maßnahmen bei Eisansatz Eisansatz an
Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhteSenvion SE
n unterschiedlicher Bauart (Quelle: Hau) TECHNIK Übliche Standardanlagen zur netzgekoppelten Stromerzeugung nutzen das aerodynamische Auftriebsprinzip, haben eine horizontale Achse mit 3 Rotorblättern aus glas- oder kohlenfaserverstärkten Kunststoffen in Leichtbauweise und stehen auf 50 – 160 m hohen Turmbauten. Die Anlagen verfügen heute meist über Systeme zum Blitzschutz, zur autom
erodynamische Auftriebsprinzip, haben eine horizontale Achse mit 3
Rotorblättern aus glas- oder kohlenfaserverstärkten Kunststoffen in LeichtbauweBINE Informationsdienst, FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH
ereint Robustheit und Zuverlässigkeit mit neuen Technologien und innovativen Sicherheits- und Monitoringsystemen. Rotor Der Rotor der SWT-3.6-107 ist als Luvläufer mit drei verstellbaren Rotorblättern ausgelegt. Die Begrenzung und Optimierung der Leistung erfolgen über eine Pitch-Regelung. So steigt die Produktivität, während die Windlasten auf die An lage sinken. Rotorblätter Siemen
Der Rotor der SWT-3.6-107 ist als Luvläufer mit drei verstellbaren
Rotorblättern ausgelegt. Die Begrenzung und Optimierung der Leistung erfolgen üSiemens AG
. Hauptwelle 8. Getriebe 9. Service-Kran Leistungskennlinie Die Leistungskurve gilt bei Normbedingungen (15° C Lufttemperatur, 1.013 mbar Luftdruck, Luftdichte von 1,225 kg/m3), sauberen Rotorblättern und einer horizontalen, ungestörten Anströmung mit 10 % Turbulenzintensität. 10. Scheibenbremse 11. Kupplung Aufbau 12. Generator 13. Windnachführung Getriebe 14. Turm 15. Windnachführu
ratur, 1.013 mbar Luftdruck, Luftdichte von 1,225 kg/m3), sauberen
Rotorblättern und einer horizontalen, ungestörten Anströmung mit 10 % TurbulenzSiemens AG
n Anlagen dar. Wie auch bei großen WEA der Megawattklasse arbeiten die meisten Hersteller mit Rotoren, welche drei Blätter aufweisen, es sind jedoch auch Anlagen mit zwei, vier oder fünf Rotorblättern verfügbar. Die Vorteile dieser Kleinwindanlagen liegen in der hohen Effizienz und der zum Teil kompakten Bauweise. Im Allgemeinen kann eine Horizontalachsanlage bei gleicher Rotorfläche
er aufweisen, es sind jedoch auch Anlagen mit zwei, vier oder fünf
Rotorblättern verfügbar. Die Vorteile dieser Kleinwindanlagen liegen in der hohHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
e Räume. Die Grundsätze hierfür sind im Bundes-Immissionsschutzgesetz festgelegt [BIMSCHG]. Optische Immissionen umfassen den Schattenwurf der Anlage sowie periodische Reflexionen an den Rotorblättern (Diskoeffekt). Maßgeblich für die Ermittlung der Einwirkung auf einen Immissionsort ist die astronomisch maximal mögliche Beschattungsdauer, also die kumulierte Beschattung während eine
n den Schattenwurf der Anlage sowie periodische Reflexionen an den
Rotorblättern (Diskoeffekt). Maßgeblich für die Ermittlung der Einwirkung auf eHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
tter für bestmögliche Gewichtsverteilung und sichere Lastübertragung Zuverlässiges Getriebekonzept Leitergeführte Befahranlage Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern , die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Anstellwinkel der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Blattverstellantriebe um ihre Längsachse vers
hranlage Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei
Rotorblättern, die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. REpower Systems AG, REpower Systems SE
ellung in gedämpfter Form in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz gespeist. Die Anwendung des „tilted-cone“-Konzepts mit einem Konuswinkel der Rotornabe von 4,0° und vorgebogenen Rotorblättern in Verbindung mit einer 5° Neigung der Rotorwelle erlauben einen extrem kurzen Überhang zwischen Rotor und Turmachse, so dass eine sichere Lastübertragung in die Turmstruktur gewährleis
epts mit einem Konuswinkel der Rotornabe von 4,0° und vorgebogenen
Rotorblättern in Verbindung mit einer 5° Neigung der Rotorwelle erlauben einen REpower Systems AG, REpower Systems SE
stem Prinzip Mikroprozessor Signalübertragung Lichtwellenleiter Fernüberwachung REguard Monitoring Tabelle 12: Technische Daten Steuerungssystem 5.3 Maßnahmen bei Eisansatz Eisansatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhten Gefährdung der Umgebung führen. Es können verschiedene Maßnahme ergriffen werden, um diese Gefährdung zu reduzieren. 5
e Daten Steuerungssystem 5.3 Maßnahmen bei Eisansatz Eisansatz an
Rotorblättern von Windenergieanlagen kann zu Eiswurf und damit zu einer erhöhteREpower Systems AG, REpower Systems SE
strang (Rotor, Achse und Getriebe) Länge: ca. 6,9 m Höhe: ca. 3,4 m Tiefe: ca. 3,1 m Tabelle 17: Abmessungen Triebstrang Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Farbgebung und Reflexionsgrad von REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Verzeichnis der Abkürzungen und Einheiten...............................................................
Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und
Rotorblättern Farbgebung und Reflexionsgrad von REpower Windenergieanlagen und REpower Systems AG, REpower Systems SE
3,1 m Tabelle 17: Abmessungen Triebstrang Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Farbgebung und Reflexionsgrad von REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Verzeichnis der Abkürzungen und Einheiten......................................................................... 4 1 Einleitung .....................................................
n Farbgebung und Reflexionsgrad von REpower Windenergieanlagen und
Rotorblättern Verzeichnis der Abkürzungen und Einheiten......................REpower Systems AG, REpower Systems SE
............................ 5 1.1 Farbgebung ................................................................................................................... 5 1.2 Reflexionsgrad von Rotorblättern ................................................................................... 5 Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Dokumenten-Nr.: GI-0.
......................................... 5 1.2 Reflexionsgrad von
Rotorblättern..................................................................REpower Systems AG, REpower Systems SE
1.2 Reflexionsgrad von Rotorblättern................................................................................... 5 Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Dokumenten-Nr.: GI-0.0-ES.EI.00-A-A-DE Seite 4 von 5 Freigabe: 2010-11-25 -ISO 16016 Schutzvermerk beachtenVerzeichnis der Abkürzungen und Einheiten Abkürzung/Einheit Erklärung RAL Deut
5 Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und
Rotorblättern Dokumenten-Nr.: GI-0.0-ES.EI.00-A-A-DE Seite 4 von 5 Freigabe: 20REpower Systems AG, REpower Systems SE
eiten Abkürzung/Einheit Erklärung RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e. V. WEA Windenergieanlage Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und Rotorblättern Windenergieanlagen werden wie allgemeine Luftfahrthindernisse behandelt. Die Tageskennzeichnung für flächige Hindernisse erfolgt durch Farbauftrag. Dabei ist die Farbgebung wie folgt fe
Farbgebung und Reflexionsgrad für REpower Windenergieanlagen und
Rotorblättern Windenergieanlagen werden wie allgemeine Luftfahrthindernisse behREpower Systems AG, REpower Systems SE
urm, Gondel und Rotorblätter unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Anforderungen der DIN 6171-1 vorgebeugt. Der Reflektionswert ist mit 30 +-10 Glanzeinheiten definiert. Messungen an Rotorblättern ergaben Glanzzahlen in der Größenordnung von 5-10%. Mit der hellgrauen Farbe (RAL 7035) sind die Rotorblätter bereits so matt, wie es technisch möglich ist, ohne die Leistung zu verring
ektionswert ist mit 30 +-10 Glanzeinheiten definiert. Messungen an
Rotorblättern ergaben Glanzzahlen in der Größenordnung von 5-10%. Mit der hellgREpower Systems AG, REpower Systems SE
Betriebsanleitung und ein Wartungspflichtenheft vorzuhalten. 13. Es sind in regelmäßigen Intervallen wiederkehrende Prüfungen durch Sachverständige für Windenergieanlagen an Maschine und Rotorblättern sowie an der Tragstruktur (Turm und Fundament) entsprechend dem Wartungspflichtenbuch durchzuführen. Die dabei anzufertigenden Prüfprotokolle müssen vom Betreiber vorgehalten werden. Di
ungen durch Sachverständige für Windenergieanlagen an Maschine und
Rotorblättern sowie an der Tragstruktur (Turm und Fundament) entsprechend dem WKreis Lippe Der Landrat
fassende Darstellung Der Gutachter führt hierzu in den Antragsunterlagen „UVS/LBP“ unter Nr. 9.2.3 wie folgt nachvollziehbar aus: „Auf Grund der windinduzierten Geräusche speziell an den Rotorblättern und deren Turmdurchgang sowie den mechanisch induzierten Geräuschen sich bewegender Komponenten (z. B. Getriebe. Generator) einer Windenergieanlage kommt es zu Schallemissionen, die nac
hbar aus: „Auf Grund der windinduzierten Geräusche speziell an den
Rotorblättern und deren Turmdurchgang sowie den mechanisch induzierten GeräuschKreis Lippe Der Landrat
der TA-Lärm). Sie setzt sich aus der Vorbelastung (hier: vorhandene WEA) und der Zusatzbelastung (hier: 1 geplante WEA) zusammen. Auf Grund der windinduzierten Geräusche speziell an den Rotorblättern und deren Turmdurchgang sowie den mechanisch induzierten Geräuschen sich bewegender Komponenten (z. B. Getriebe. Generator) einer Windenergieanlage kommt es zu Schallemissionen, die nac
zusammen. Auf Grund der windinduzierten Geräusche speziell an den
Rotorblättern und deren Turmdurchgang sowie den mechanisch induzierten GeräuschKreis Lippe Der Landrat
ie Nebenbestimmungen der Genehmigung aufgenommen. Weitergehende Anforderungen sind weder fachlich indiziert, noch rechtlich möglich. Lichtimmissionen Zusammenfassende Darstellung Von den Rotorblättern gehen auf Grund der Verwendung von reflexionsarmen Beschichtungsfarben keine Lichtreflexe (Disko-Effekt) aus. Die luftverkehrsrechtliche Tages- und Nachtkennzeichnung verursacht Lichtim
ich möglich. Lichtimmissionen Zusammenfassende Darstellung Von den
Rotorblättern gehen auf Grund der Verwendung von reflexionsarmen BeschichtungsfKreis Lippe Der Landrat
ere Besonderheit: Der hohe Aluminiumanteil der Rotorblattspitze sorgt für einen außergewöhnlich großen Blitzschutz und bildet damit eine Sicherheitsreserve gegenüber vielen herkömmlichen Rotorblättern . Alle Rotorblatttypen, die Nordex bei der N90/2500 einsetzt, haben Belastungstests oberhalb der Auslegungsgrenze standgehalten. Zudem hat Nordex bei der Entwicklung des Rotorblatts umfa
ildet damit eine Sicherheitsreserve gegenüber vielen herkömmlichen
Rotorblättern. Alle Rotorblatttypen, die Nordex bei der N90/2500 einsetzt, habeNordex
Lasten ■ effizienter Materialeinsatz Als Besonderheit ist die bis zur Gondel durchgezogene Profilierung der Rotorblätter hervorzuheben. Innere Umströmungsverluste wie bei konventionellen Rotorblättern werden damit vermieden. In Verbindung mit der strömungsgünstigen Gondelgeometrie erfolgt eine deutlich optimierte Ausnutzung des Windangebots. Die Rotorblätter der E-115 E2 sind speziel
hervorzuheben. Innere Umströmungsverluste wie bei konventionellen
Rotorblättern werden damit vermieden. In Verbindung mit der strömungsgünstigen ENERCON GmbH
haus gesetzt. Anlagenabhängig wiegt dieses bei Anlagen im der Leistungsklasse 3 bis 6 Megawatt im Bereich von ca. 70 bis 350 Tonnen. Anschließend wird der Rotor (Rotornabe mit montierten Rotorblättern , 40 bis 120 Tonnen) gehoben und am Kran hängend über Zentrierbolzen zu der aus der Gondel stehenden Rotorwelle gegenüber der Rotorwelle positioniert. Wind oder Windböen erschweren die A
350 Tonnen. Anschließend wird der Rotor (Rotornabe mit montierten
Rotorblättern, 40 bis 120 Tonnen) gehoben und am Kran hängend über ZentrierbolzSkyWind GmbH
ngetriebenem Generator erfolgt eine starre Anbindung des Rotors über das Rotorlager an den Maschinenträger. Bei beiden Systemen werden im Betrieb der Windenergieanlage die Lasten aus den Rotorblättern über die jeweiligen Komponenten des Triebstranges (Rotornabe, Rotorlager, Rotorwelle, Getriebe und Generator) über den Maschinenträger in den Turm abgeleitet, wodurch es aufgrund unters
ystemen werden im Betrieb der Windenergieanlage die Lasten aus den
Rotorblättern über die jeweiligen Komponenten des Triebstranges (Rotornabe, RotSkyWind GmbH
nhälften und des hochwertigen Schließsystems ohne nennenswerte Nacharbeiten erreicht werden. Die Wahl von verschiedenen Beschichtungssystemen unterschiedlicher Lieferanten bei den beiden Rotorblättern soll wichtige Erkenntnisse im Betrieb hinsichtlich des Erosionsverhaltens liefern. Die Rotorblätter wurden mit verschiedenen Lastmesssystemen unterschiedlicher Hersteller ausgerüstet. S
Beschichtungssystemen unterschiedlicher Lieferanten bei den beiden
Rotorblättern soll wichtige Erkenntnisse im Betrieb hinsichtlich des ErosionsveSkyWind GmbH
nterschiedlicher Hersteller ausgerüstet. So ist ein Benchmarking hinsichtlich Robustheit, Zuverlässigkeit und Kosten möglich. Es wurde ein neuartiges System zur Erfassung von Eis auf den Rotorblättern eingerüstet. Der Versuch, dieses System bereits bei der Fertigung des Rotorblattes zu integrieren ist leider gescheitert, da es bei den abschließenden Fertigungsarbeiten am Rotorblatt p
lich. Es wurde ein neuartiges System zur Erfassung von Eis auf den
Rotorblättern eingerüstet. Der Versuch, dieses System bereits bei der FertigungSkyWind GmbH
Fertigungsarbeiten am Rotorblatt prozessbedingt zu der Zerstörung des mechanisch und thermisch sensiblen Systems kam. Es wurden aber wertvolle Erkenntnisse gesammelt, um bei zukünftigen Rotorblättern eine vorteilhafte Integration im Fertigungsprozess zu ermöglichen. Bis auf den neu entwickelten Triebstrang (kompakte Getriebe/Generatoreinheit) wurden im ersten Halbjahr 2014 alle Komp
s wurden aber wertvolle Erkenntnisse gesammelt, um bei zukünftigen
Rotorblättern eine vorteilhafte Integration im Fertigungsprozess zu ermöglichenSkyWind GmbH
ungssystem, das als Schienensystem am Turm mit Führungswagen ausgeführt wurde, bietet bei entsprechender Auslegung die Möglichkeit, die Turbine trotz Wind ohne jegliche Abspannung zu den Rotorblättern sicher während des Hubvorgangs zu führen. Durch die oben beschriebene Situation bezüglich der Förderlaufzeit konnte dieser Arbeitspunkt bei Skywind nicht mehr vollständig betrachtet wer
öglichkeit, die Turbine trotz Wind ohne jegliche Abspannung zu den
Rotorblättern sicher während des Hubvorgangs zu führen. Durch die oben beschrieSkyWind GmbH
ationsmodell definiert und als Ergebnisse zur Validierung sind Rotor- und Generatorgeschwindigkeit und die Beschleunigung an der Gondel, die auf Grund von aerodynamischen Kräften auf den Rotorblättern in Simulationsmodell gerechnet worden sind, verglichen worden. Insgesamt zeigen die Simulationsergebnisse sehr gute Übereinstimmung mit den gemessenen realen Daten. Als nächster Schritt
g an der Gondel, die auf Grund von aerodynamischen Kräften auf den
Rotorblättern in Simulationsmodell gerechnet worden sind, verglichen worden. InSkyWind GmbH
ung zur Überschusseinspeisung Leistungsklasse 3 30 - 100 kW Mittelwindkraftanlagen • Gewerbebetriebe und Landwirtschaft • Netzkopplung zur Überschusseinspeisung Durch die Verbindung von Rotorblättern über Naben mit einer Rotorachse, welche die Bewegungskräfte entweder direkt oder mittels eines Getriebes an einen elektrischen Generator weiterleitet, erzeugt das Windrad elektrische En
• Netzkopplung zur Überschusseinspeisung Durch die Verbindung von
Rotorblättern über Naben mit einer Rotorachse, welche die Bewegungskräfte entweC.A.R.M.E.N. e.V.
sich mit ihnen in der Regel höhere Wirkungsgrade und Stromerträge als bei Vertikalanlagen erzielen. Wie auch bei Großwindanlagen werden im Kleinwindkraftbereich häufig Bauformen mit drei Rotorblättern eingesetzt. Daneben gibt es auch Ausführungen mit einem, zwei oder mehreren Rotorblättern. Damit die Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sind, erfordern horizontalachsige
danlagen werden im Kleinwindkraftbereich häufig Bauformen mit drei
Rotorblättern eingesetzt. Daneben gibt es auch Ausführungen mit einem, zwei odeC.A.R.M.E.N. e.V.
erzielen. Wie auch bei Großwindanlagen werden im Kleinwindkraftbereich häufig Bauformen mit drei Rotorblättern eingesetzt. Daneben gibt es auch Ausführungen mit einem, zwei oder mehreren Rotorblättern . Damit die Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sind, erfordern horizontalachsige Anlagen Windnachführungssysteme (siehe Kapitel 4.2 „Technische Komponenten“). In unmittelb
t. Daneben gibt es auch Ausführungen mit einem, zwei oder mehreren
Rotorblättern. Damit die Rotorblätter stets optimal zum Wind ausgerichtet sindC.A.R.M.E.N. e.V.
en Anlage in die Waagrechte umgeklappt wird, oder der Stallregelung, bei der der Rotor gezielt aus der Hauptanströmrichtung gedreht wird. Dadurch kommt es zu einem Strömungsabriss an den Rotorblättern und damit zu einer Verlangsamung der Rotordrehung. Da dieser Strömungsabriss ab einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit unkontrolliert auftritt, können abrupte Lastwechsel und ein „Flatte
ung gedreht wird. Dadurch kommt es zu einem Strömungsabriss an den
Rotorblättern und damit zu einer Verlangsamung der Rotordrehung. Da dieser StröC.A.R.M.E.N. e.V.
zu einer Verlangsamung der Rotordrehung. Da dieser Strömungsabriss ab einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit unkontrolliert auftritt, können abrupte Lastwechsel und ein „Flattern“ an den Rotorblättern auftreten, die zu erhöhter Materialbeanspruchung führen. Daher wird inzwischen vielfach mit der Pitch-Regelung gearbeitet, die darauf beruht, die einzelnen Rotorblätter um ihre Längsach
ert auftritt, können abrupte Lastwechsel und ein „Flattern“ an den
Rotorblättern auftreten, die zu erhöhter Materialbeanspruchung führen. Daher wiC.A.R.M.E.N. e.V.
und Eiswurf zu verhindern (s. a. Ziffern 4.8 der Antragsunterlagen). Nach Abschaltung der Windenergieanlagen kann es im Stillstand zu einem Abfallen bzw. Ablösen des Eisansatzes von den Rotorblättern einer Windenergieanlage kommen (sog. Eisfall). Als Schutzmaßnahme werden Schilder mit Warnhinweisen vor Eisfall an den Wegen im Bereich der Windenergieanlagen angebracht. Die in der 12.
Stillstand zu einem Abfallen bzw. Ablösen des Eisansatzes von den
Rotorblättern einer Windenergieanlage kommen (sog. Eisfall). Als SchutzmaßnahmeWirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
in Tourismuskonzept zum Teil aufgefangen werden können. Die Windenergieanlagen werden zum Schutz vor Eiswurf mit Eiserkennungssystemen ausgestattet, die die Anlagen bei Eisbildung an den Rotorblättern abschalten. Für Wanderer im Umfeld der WEA ist zudem eine Beschilderung mit Warnhinweisen vor Eisfall vorgesehen. Die Nachtbefeuerung der WEA ist aus Flugsicherheitsgründen erforderlich
nnungssystemen ausgestattet, die die Anlagen bei Eisbildung an den
Rotorblättern abschalten. Für Wanderer im Umfeld der WEA ist zudem eine BeschilWirsol Windpark Straubenhardt GmbH und Co. KG
ass man dem Wind maximal 59% seiner kinetischen Energie ,,entziehen" (d.h. mithilfe einer Windkraftanlage umwandeln) kann5. Außerdem entwickelte er einige Regeln für die Konstruktion von Rotorblättern , um eine optimale Leistungsentnahme aus dem Wind zu ermöglichen. Diese Regeln und Grundsätze sind auch heute noch von Bedeutung. Mit Beginn des zweiten Weltkrieges wurde die Entwicklung
n5. Außerdem entwickelte er einige Regeln für die Konstruktion von
Rotorblättern, um eine optimale Leistungsentnahme aus dem Wind zu ermöglichen. leXsolar GmbH
horizontaler Drehachse Den Hauptteil der Energieversorgung bilden Windkraftmaschinen mit horizontaler Drehachse. An diese Achse wird ein Rotor angebracht, der im Allgemeinen aus mehreren Rotorblättern besteht. Üblich sind Rotoren mit zwei oder drei Rotorblättern, allerdings werden auch Einblattrotoren getestet. Man charakterisiert die verschiedenen Arten solcher Windrotoren nach der
e Achse wird ein Rotor angebracht, der im Allgemeinen aus mehreren
Rotorblättern besteht. Üblich sind Rotoren mit zwei oder drei Rotorblättern, alleXsolar GmbH
den Windkraftmaschinen mit horizontaler Drehachse. An diese Achse wird ein Rotor angebracht, der im Allgemeinen aus mehreren Rotorblättern besteht. Üblich sind Rotoren mit zwei oder drei Rotorblättern , allerdings werden auch Einblattrotoren getestet. Man charakterisiert die verschiedenen Arten solcher Windrotoren nach der Schnelllaufzahl. Diese wird mit bezeichnet und errechnet sich
eren Rotorblättern besteht. Üblich sind Rotoren mit zwei oder drei
Rotorblättern, allerdings werden auch Einblattrotoren getestet. Man charakterisleXsolar GmbH
arstellung des Leistungsbeiwertes10 in Abhängigkeit von der Schnelllaufzahl für verschiedene Rotoren gegeben. Die zur Winderzeugung momentan genutzten Windkraftanlagen mit zwei oder drei Rotorblättern arbeiten mit . Rotoren, deren Schnelllaufzahl oberhalb dieser Werte liegen, werden seltener gebaut, denn die Umfangsgeschwindigkeit ist bei diesen Anlagen sehr groß und es kommt zu eine
nderzeugung momentan genutzten Windkraftanlagen mit zwei oder drei
Rotorblättern arbeiten mit . Rotoren, deren Schnelllaufzahl oberhalb dieser WerleXsolar GmbH
enden Kapitel hauptsächlich auf deren Untersuchung. 3.3 Physikalische Betrachtungen zur Windkraftanlage Es sollen in diesem Kapitel vor allem die Grundlagen zu Windkraftanlagen mit drei Rotorblättern dargestellt werden, da diese den Hauptanteil im Stromversorgungsnetz darstellen. Allerdings können viele Aspekte äquivalent auf andere Anlagen übertragen werden. Die Windkraftanlage set
esem Kapitel vor allem die Grundlagen zu Windkraftanlagen mit drei
Rotorblättern dargestellt werden, da diese den Hauptanteil im StromversorgungsnleXsolar GmbH
he Formen für die Rotorblätter genutzt, wie zum Beispiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerdings kein sehr hoher Wirkungsgrad erreichen. Man versuchte später Auftriebskräfte an den Rotorblättern zu nutzen und versuchte dementsprechend die Form des einzelnen Blattes zu optimieren. Alle Anlagen, die die Gesetzmäßigkeiten des Auftriebs nutzen, nennt man sogenannte Auftriebsläufer.
irkungsgrad erreichen. Man versuchte später Auftriebskräfte an den
Rotorblättern zu nutzen und versuchte dementsprechend die Form des einzelnen BlleXsolar GmbH
hes größer als die Windgeschwindigkeit. Das Verhältnis dieser beiden Geschwindigkeiten (Wind- und Umfangsgeschwindigkeit) beschreibt die Schnelllaufzahl14 . Bei Windkraftanlagen mit drei Rotorblättern liegt zwischen 7 und 8, das heißt die Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzen ist rund achtmal größer als die Windgeschwindigkeit15. Es kommt zur Superposition der Geschwindigkeiten am
) beschreibt die Schnelllaufzahl14 . Bei Windkraftanlagen mit drei
Rotorblättern liegt zwischen 7 und 8, das heißt die Umfangsgeschwindigkeit der leXsolar GmbH
deshalb eine Nabenhöhe von ungefähr 60 bis 80m. 3.4 Getriebe- und Generatortechnik Um die Windkraft für die Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen, braucht man neben den beschriebenen Rotorblättern , und damit des kompletten Flügelrades, noch weitere mechanische und elektrische Maschinen und Anlagen. Die Drehbewegung wird über ein Getriebe an den Generator übersetzt, der durch die
lektrischer Energie zu nutzen, braucht man neben den beschriebenen
Rotorblättern, und damit des kompletten Flügelrades, noch weitere mechanische uleXsolar GmbH
attverstellmechanik im Gegensatz zum Stall-Prinzip, - Leistungssteigerung durch ein aerodynamisches Gehäuse, - Windleitblech zur Verringerung der Turmschatten-Effekte, - Verwendung von 4 Rotorblättern - Umfangreiche Messungen zur Verifizierung der Lastannahmen - FEM- Bauteilnachweise13 zur Optimierung der Konstruktion - Wirtschaftlichkeit auch an windschwächeren Standorten Um unsere
lech zur Verringerung der Turmschatten-Effekte, - Verwendung von 4
Rotorblättern - Umfangreiche Messungen zur Verifizierung der Lastannahmen - FEMWES IBS GmbH
ie NORDEX N90 mit einer mechanischen Bremse ausgestattet, die bei einem Not-Stopp ein Moment entsprechend dem einfachen Nennmoment aufbringt. Die Bremse unterstützt das Abbremsen mit den Rotorblättern und bringt den Rotor zum Stillstand. Die Bremskraft ist durch mehrere Bremsprogramme sanft geregelt, um Kraftspitzen zu vermeiden. Nach Stillstand der Anlage wird der Rotor mit dem zwei
Nennmoment aufbringt. Die Bremse unterstützt das Abbremsen mit den
Rotorblättern und bringt den Rotor zum Stillstand. Die Bremskraft ist durch mehNordex Energy GmbH
sionen festgelegt werden. Weitere Emissionsformen Je nach Beschichtung der Rotorblätter kann es zu Belästigungen durch Lichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigend wirkt. In der Vergangenheit ist dieser Effekt bei hochglänzenden Rotoroberflächen aufgetreten. Diese Oberflächengesta
ichtreflexion kommen. Dabei wird das direkte Sonnenlicht so an den
Rotorblättern gespiegelt, dass es als „Flackerlicht“ am Immissionsort belästigeGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
s Bundesverwaltungsgerichts reicht es aus, wenn der Turm und das Fundament einer Windenergieanlage innerhalb der überbaubaren Grundstücksfläche stehen. Hinsichtlich des lediglich von den Rotorblättern überstrichenen Bereichs kann der Bebauungsplan auf eine Geltung der Baugrenze für die Rotorblätter verzichten. Die Gemeinde möchte diese Möglichkeit nutzen, weil sie die Länge von Rotor
baren Grundstücksfläche stehen. Hinsichtlich des lediglich von den
Rotorblättern überstrichenen Bereichs kann der Bebauungsplan auf eine Geltung dGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
ättern überstrichenen Bereichs kann der Bebauungsplan auf eine Geltung der Baugrenze für die Rotorblätter verzichten. Die Gemeinde möchte diese Möglichkeit nutzen, weil sie die Länge von Rotorblättern nicht abschließend festsetzt und einer eventuellen Verwendung von Rotoren, die das Maß der zugrunde gelegten Anlagengröße etwas überschreiten, positiv gegenüber steht. Ihr Ziel ist es,
e Gemeinde möchte diese Möglichkeit nutzen, weil sie die Länge von
Rotorblättern nicht abschließend festsetzt und einer eventuellen Verwendung vonGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
e Gemeinde der größeren Gestaltungsfreiheit innerhalb der MW-Klasse den Vorrang. Die Gemeinde kann diese Möglichkeit des Verzichts auf Festsetzung auch nutzen, weil eine Verlängerung von Rotorblättern i.d.R. keine relevanten Auswirkungen auf die Schutzgüter hat und deshalb keiner verbindlichen Vorabregelung durch eine Baugrenze bedarf. Lediglich zu den Außenbereichswohngebäuden hin w
Verzichts auf Festsetzung auch nutzen, weil eine Verlängerung von
Rotorblättern i.d.R. keine relevanten Auswirkungen auf die Schutzgüter hat und Gemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
kungen auf die Schutzgüter hat und deshalb keiner verbindlichen Vorabregelung durch eine Baugrenze bedarf. Lediglich zu den Außenbereichswohngebäuden hin würde sich eine Verlängerung von Rotorblättern nachteilig auswirken und dem Planungsziel der Gemeinde widersprechen können. Dies wird jedoch mit einer entsprechenden Begrenzung des Geltungsbereiches geregelt, so dass auf eine Baugre
den Außenbereichswohngebäuden hin würde sich eine Verlängerung von
Rotorblättern nachteilig auswirken und dem Planungsziel der Gemeinde widersprecGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
g der Festsetzung kann anhand der Betriebsprotokolle der Anlagen überprüft werden. Beeinträchtigungen durch Lichtreflexion sind aufgrund der heute verwendeten, mattierten Oberflächen von Rotorblättern nicht zu erwarten. Beim Betrieb der Anlagen können Bodenschwingungen auftreten. Es sind jedoch keine empfindlichen Nutzungen im relevanten Umkreis bekannt. Eine Gefährdung durch Eisabwu
on sind aufgrund der heute verwendeten, mattierten Oberflächen von
Rotorblättern nicht zu erwarten. Beim Betrieb der Anlagen können BodenschwingunGemeinde Borstel, Samtgemeinde Siedenburg
gungsenergie (kinetische Energie) des Windes in elektrische Energie umgewandelt. Hierfür wird die Kraft des Windes zunächst in ein Drehmoment (drehende Kraft, mechanische Energie) an den Rotorblättern umgewandelt und dann von einem Generator in elektrische Energie übersetzt. Abbildung 1: Prinzip der Energiewandlung in einer WEA5. Die Energiemenge (Leistung P), die der Wind auf den Ro
hst in ein Drehmoment (drehende Kraft, mechanische Energie) an den
Rotorblättern umgewandelt und dann von einem Generator in elektrische Energie üacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
im Triebstrang liegt bei etwa 42 bis 45 Prozent. Komponenten einer Windenergieanlage Die Kernstücke einer „klassischen“ Windkraftanlage (siehe Abbildung 1) sind der Rotor (bestehend aus Rotorblättern und Nabe), die Rotorwelle, ein Getriebe und ein Generator. Das Getriebe, der Generator und oft auch der Frequenzumrichter befinden sich in der Gondel. Die Rotationsenergie des Rotors wi
Windkraftanlage (siehe Abbildung 1) sind der Rotor (bestehend aus
Rotorblättern und Nabe), die Rotorwelle, ein Getriebe und ein Generator. Das Geacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
gen dreidimensionalen aerodynamischen Phänomenen ausgesetzt, welche in Wechselwirkung mit der Struktur stehen. Diese reichen von Effekten im Sub-Millimeter-Bereich in der Grenzschicht an Rotorblättern bis hin zu einigen hundert Kilometern bei Windpark-Clustern. Eine große Herausforderung ist es daher, das Zusammenspiel dieser aerodynamischen Phänomene über einen so großen Skalenberei
chen von Effekten im Sub-Millimeter-Bereich in der Grenzschicht an
Rotorblättern bis hin zu einigen hundert Kilometern bei Windpark-Clustern. Eineacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
chnologien in vielen Fällen nicht lohnen, Letzteres lässt Potenziale durch optimierte Materialversorgung der Produktion und Teilautomatisierungen ungenutzt. Am Beispiel der Fertigung von Rotorblättern wird derzeit bereits die vollständige Automatisierung des Legeprozesses textiler Halbzeuge erforscht, ähnliche Automatisierungskonzepte sind auch für weitere Teilprozesse erforderlich.
und Teilautomatisierungen ungenutzt. Am Beispiel der Fertigung von
Rotorblättern wird derzeit bereits die vollständige Automatisierung des Legeproacatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
Hinblick auf die soziale Akzeptanz von WEA eine wesentliche Herausforderung, der mit interdisziplinären Ansätzen begegnet werden kann. So können etwa bei der technischen Optimierung von Rotorblättern oder Tragkonstruktionen von WEA bereits in der Entwicklung deren Auswirkungen auf die Akzeptanz erfasst und bereits in der Konstruktion berücksichtigt werden. Gesamtsystem Aufgrund der
et werden kann. So können etwa bei der technischen Optimierung von
Rotorblättern oder Tragkonstruktionen von WEA bereits in der Entwicklung deren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.
t: Unausgeglichene Trägheitskräfte im Rotor wegen Massenexzentrizität (Masse und/oder Schwerpunktslage), Aerodynamische Unwucht Unterschiedliche aerodynamische Zustände und Kräfte an den Rotorblättern WIRKRICHTUNG DER UMLAUFENDEN UNWUCHTKRÄFTE UND BETRIEBSPUNKT-EINFLUSS: Massenunwucht: Radiale MU-Fliehkraft in der Rotorebene (Bild 2), proportional zum Quadrat der Rotordrehzahl FMU ~
Unwucht Unterschiedliche aerodynamische Zustände und Kräfte an den
Rotorblättern WIRKRICHTUNG DER UMLAUFENDEN UNWUCHTKRÄFTE UND BETRIEBSPUNKT-EINFBundesverband WindEnergie e.V. (BWE)
für alle der Witterung ausgesetzten Konstruktionsteile nach DIN 1055-5 zu ermitteln. Sofern der Betrieb unter Eislasten nicht sicher ausgeschlossen werden kann, ist der Eisansatz an den Rotorblättern durch eine über die Länge des Rotorblattes verteilt anzunehmende Masse mE(ξ) nach Bild 3 und Gleichung (GL 8) zu berücksichtigen. Die Eismasse ist als an der Profilvorderkante des Rotor
nicht sicher ausgeschlossen werden kann, ist der Eisansatz an den
Rotorblättern durch eine über die Länge des Rotorblattes verteilt anzunehmende Deutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
hmende Masse mE(ξ) nach Bild 3 und Gleichung (GL 8) zu berücksichtigen. Die Eismasse ist als an der Profilvorderkante des Rotorblattes wirkend anzunehmen. Dabei ist: Bild 3: Eisansatz an Rotorblättern bei Anlagen in Betrieb 8 Einwirkungskombinationen Zur Ermittlung der Beanspruchungen sind die in DIN EN 61400-1 aufgeführten äußeren Bedingungen und Einwirkungen unter Berücksichtigung
s Rotorblattes wirkend anzunehmen. Dabei ist: Bild 3: Eisansatz an
Rotorblättern bei Anlagen in Betrieb 8 Einwirkungskombinationen Zur Ermittlung Deutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
anlagenbezogenen Gewässerschutz zu beachten. 15 Wiederkehrende Prüfungen 15.1 Allgemeines Wiederkehrende Prüfungen sind in regelmäßigen Intervallen durch Sachverständige an Maschine und Rotorblättern sowie an der Tragstruktur (Turm und zugängliche Bereiche der Fundamente) durchzuführen. Die Prüfintervalle hierfür ergeben sich aus den gutachterlichen Stellungnahmen zur Maschine (sieh
in regelmäßigen Intervallen durch Sachverständige an Maschine und
Rotorblättern sowie an der Tragstruktur (Turm und zugängliche Bereiche der FundDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
triebnahme und Wiederinbetriebnahme Bei Mängeln, die die Standsicherheit der Windenergieanlage ganz oder teilweise gefährden oder durch die unmittelbare Gefahren von der Maschine und den Rotorblättern ausgehen können, ist die Anlage unverzüglich außer Betrieb zu setzen. Die Wiederinbetriebnahme nach Beseitigung der Mängel setzt die Freigabe durch den Sachverständigen voraus. 15.5 Dok
rden oder durch die unmittelbare Gefahren von der Maschine und den
Rotorblättern ausgehen können, ist die Anlage unverzüglich außer Betrieb zu setDeutsches Instituts für Bautechnik (DIBt)
zwischen 2005 und 2010 lässt sich durch eine vermehrte Installation küstennaher Anlagen in China mit geringeren Nennleistungen erklären. In OffshoreAnwendungen werden bei neuentwickelten Rotorblättern inzwischen Blattlängen von über 80 Metern erreicht. Auch für die windschwachen Binnenstandorte werden häufig größere Rotoren eingesetzt, um Stromgestehungskosten zu senken. Abb. 4: Entw
tungen erklären. In OffshoreAnwendungen werden bei neuentwickelten
Rotorblättern inzwischen Blattlängen von über 80 Metern erreicht. Auch für die VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ren eingesetzt, um Stromgestehungskosten zu senken. Abb. 4: Entwicklung der Windenergieanlagengröße an Land Abb. 5: Entwicklung der Offshore-Windenergieanlagengröße Für die Fertigung von Rotorblättern aus Faserverbundwerkstoffen gibt es Vorhaben, die die gängigen offenen Verfahren wie Handlaminieren und Faserspritzen in Handarbeit durch automatisierte Prozesse ersetzen sollen. Diese
icklung der Offshore-Windenergieanlagengröße Für die Fertigung von
Rotorblättern aus Faserverbundwerkstoffen gibt es Vorhaben, die die gängigen ofVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
esen Generatoren handelt es sich um etwa zehn Zentimeter große Spritzgießteile, die bei 3M hergestellt werden. In mehreren Forschungsprojekten werden Maßnahmen zur passiven Anpassung von Rotorblättern an lokal und zeitlich schwankende Windstärken untersucht. Neben einer Steigerung der Energieausbeute steht dabei auch die Verlängerung der Lebensdauer dieser stark belasteten Komponente
en Forschungsprojekten werden Maßnahmen zur passiven Anpassung von
Rotorblättern an lokal und zeitlich schwankende Windstärken untersucht. Neben eVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
er ändert. CMS sollten zudem aktiv in die Steuerung von Getriebe, Generator, Kühlflüssigkeiten und Ölen eingreifen und damit Komponenten vor größeren Schäden bewahren. Um kleine Risse in Rotorblättern , aus denen schnell Brüche werden, sofort zu erkennen, sollten auch Rotoren fortlaufend überwacht werden. Das Gleiche gilt für die Türme, die Fundamente und die Komponenten in den Schalt
amit Komponenten vor größeren Schäden bewahren. Um kleine Risse in
Rotorblättern, aus denen schnell Brüche werden, sofort zu erkennen, sollten aucVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Repowering, der Ersatz bestehender Anlagen durch leistungsfähigere, eine Rolle spielen. Die dazugehörigen Second-Life-Strategien und Märkte sind schwer einzuschätzen. Die Entsorgung von Rotorblättern etwa kann der WEA-Betreiber durch thermische Beseitigung erledigen. Dazu werden die Blätter am Ort der demontierten WEA von Dienstleistern zerkleinert, um transportfähig zu sein. Es fal
trategien und Märkte sind schwer einzuschätzen. Die Entsorgung von
Rotorblättern etwa kann der WEA-Betreiber durch thermische Beseitigung erledigeVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ehmer, der Beton aus dem Turm kann zerkleinert und ebenfalls weiterverwendet werden. Sofern die Rotorblätter aus Kostengründen nicht eingelagert werden, können die Faserverbundstoffe aus Rotorblättern und Gondeln beispielsweise in Öfen der Zementproduktion energetisch verwertet werden. Ein Teil der übrigen Komponenten – z. B. intakte Rotorblätter – können als Ersatzteilvorrat dienen.
ründen nicht eingelagert werden, können die Faserverbundstoffe aus
Rotorblättern und Gondeln beispielsweise in Öfen der Zementproduktion energetisVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
gestellt. Die Faserschichten werden mit Harz (meist Epoxidharz) verklebt. Seltener bestehen Rotorblätter aus Holz, Holz-Epoxid- oder Holz-Faser-Epoxid-Verbundwerkstoffen. Im Gegensatz zu Rotorblättern aus GFK und CFK können die in kleinen Anlagen verwendeten Blätter aus Holz besser recycelt werden. Verbundkunststoffe weisen eine hohe Festigkeit auf, sind dabei korrosionsbeständig und
Epoxid- oder Holz-Faser-Epoxid-Verbundwerkstoffen. Im Gegensatz zu
Rotorblättern aus GFK und CFK können die in kleinen Anlagen verwendeten BlätterVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Anlagen verwendeten Blätter aus Holz besser recycelt werden. Verbundkunststoffe weisen eine hohe Festigkeit auf, sind dabei korrosionsbeständig und besonders leicht. Die Lebensdauer von Rotorblättern liegt bei guter Wartung bei über 20 Jahren. Weiterhin können sie mehrfach repariert werden, was die Lebensdauer ebenfalls verlängert. Es ist damit zu rechnen, dass im Jahr 2024 mehr als
abei korrosionsbeständig und besonders leicht. Die Lebensdauer von
Rotorblättern liegt bei guter Wartung bei über 20 Jahren. Weiterhin können sie VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Wartung bei über 20 Jahren. Weiterhin können sie mehrfach repariert werden, was die Lebensdauer ebenfalls verlängert. Es ist damit zu rechnen, dass im Jahr 2024 mehr als 10.000 Tonnen an Rotorblättern pro Jahr entsorgt bzw. recycelt werden müssen, ohne dass zurzeit ein Verfahren zur Faser-Rückgewinnung im industriellen Maßstab existiert. Für eine lange Lebensdauer von WEA verfügen Ro
ist damit zu rechnen, dass im Jahr 2024 mehr als 10.000 Tonnen an
Rotorblättern pro Jahr entsorgt bzw. recycelt werden müssen, ohne dass zurzeit VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
100 % hat die Zajons Zerkleinerungs GmbH im Jahr 2011 den Innovationspreis der Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V (AKV) gewonnen. Eine elegantere Methode des Recyclings von Rotorblättern läge in der Rückgewinnung und Wiederverwendung der Fasern. Die meisten heute produzierten Rotorblätter haben einen Anteil von etwa 70 % GFK. CFK wird nur an Stellen verbaut, an denen ei
ffe e.V (AKV) gewonnen. Eine elegantere Methode des Recyclings von
Rotorblättern läge in der Rückgewinnung und Wiederverwendung der Fasern. Die meVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
bedingter Abfälle) benötigt werden. Diese Zahlen verdeutlichen, welche Mengen hochwertiger CFK Materialien ungenutzt blieben, wenn sie nicht durch ein Recycling zurückgewonnen würden. In Rotorblättern sind CFK-Fasern nicht gleichmäßig verteilt und noch in einem geringen Maße vorhanden. Zudem bestehen die Rotorblätter, die gegenwärtig zur Entsorgung anfallen, fast ausschließlich aus G
eben, wenn sie nicht durch ein Recycling zurückgewonnen würden. In
Rotorblättern sind CFK-Fasern nicht gleichmäßig verteilt und noch in einem geriVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
zukünftig ändern, da zu erwarten ist, dass in den nächsten Jahren die Rückläufe aus der Windenergie steigen werden. Konzepte und Verfahren werden dann auch für das Recycling von CFK aus Rotorblättern erforderlich. Ein Verfahren könnte das Recycling der CFK Valley Stade Recycling GmbH sein. Das Unternehmen wendet zur Trennung der Fasern von der Kunststoffmatrix einen Pyrolyseprozess
zepte und Verfahren werden dann auch für das Recycling von CFK aus
Rotorblättern erforderlich. Ein Verfahren könnte das Recycling der CFK Valley SVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
t werden, in denen kurze Carbonfasern benötigt werden. Die CFK Valley Stade Recycling GmbH hat bislang nur Carbonfasern aus „kleineren“ Bauteilen mit einem hohen CFK-Anteil recycelt. Bei Rotorblättern lohnen sich nur die Bruchstücke, die zum überwiegenden Anteil aus CFK bestehen. Technisch ist es durchaus möglich, CFK durch Pyrolyse aus den Rotoren zu gewinnen, nachdem vorher eine me
aus „kleineren“ Bauteilen mit einem hohen CFK-Anteil recycelt. Bei
Rotorblättern lohnen sich nur die Bruchstücke, die zum überwiegenden Anteil ausVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
em großen Anteil an Carbonfasern erfolgt ist. Bezogen auf die Windenergiebranche beschränkt sich die Rückgewinnung von Carbonfasern derzeit auf Produktionsabfälle aus der Herstellung von Rotorblättern . Eine Möglichkeit zur Fraktionierung der gewünschten Materialien für ein CFK-Recycling wird im Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) untersucht. Durch eine zielgerichtete
arbonfasern derzeit auf Produktionsabfälle aus der Herstellung von
Rotorblättern. Eine Möglichkeit zur Fraktionierung der gewünschten Materialien VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
sind in der Herausgabe von Daten im Allgemeinen sehr zurückhaltend. Dies trifft auch auf die Angaben über die Zusammensetzung von Komponenten der WEA für ein fachgerechtes Recycling von Rotorblättern zu, bei denen derzeit maximal eine stoffliche Verwertung als Rohstoffsubstitut gemeinsam mit einer energetischen Verwertung möglich ist. Aufgrund der Tatsache, dass insbesondere die ins
etzung von Komponenten der WEA für ein fachgerechtes Recycling von
Rotorblättern zu, bei denen derzeit maximal eine stoffliche Verwertung als RohsVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
h für die Instandhaltung deutlich verringert. 12.3 End-of-Life Von WEA können insbesondere Stahl, Metalle und Beton stofflich verwertet werden. Dagegen ist eine stoffliche Verwertung von Rotorblättern aufgrund des hohen Kunststoffanteils und bei den Gondeln eher schwierig. Gründe dafür liegen in der unbekannten Zusammensetzung, der Schwierigkeit der Rückgewinnung der verwendeten Selt
flich verwertet werden. Dagegen ist eine stoffliche Verwertung von
Rotorblättern aufgrund des hohen Kunststoffanteils und bei den Gondeln eher schVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
liegen in der unbekannten Zusammensetzung, der Schwierigkeit der Rückgewinnung der verwendeten Seltenen Erden und der Trennbarkeit der verwendeten Materialien. Stand der Technik bei den Rotorblättern ist derzeit das CompoCycle-Verfahren, bei dem nach Zerkleinerung der Rotorblätter Metalle abgeschieden werden und der Faserverbund-Anteil als Ersatzbrennstoff und Rohstoffsubstitut der
rennbarkeit der verwendeten Materialien. Stand der Technik bei den
Rotorblättern ist derzeit das CompoCycle-Verfahren, bei dem nach Zerkleinerung VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
n Abriss und Demontage ausgeschrieben und die Variante der umweltverträglichen Demontage aus Kostengründen meistens nicht in Anspruch genommen. Ein Recycling der Faserverbund-Anteile aus Rotorblättern ist noch nicht in industriellem Maßstab möglich, lediglich die Firma CompoCycle® verwertet die Eisen- und Nichteisenmetalle der Rotorblätter stofflich. Aufgrund des Kohlenstoffanteils w
t in Anspruch genommen. Ein Recycling der Faserverbund-Anteile aus
Rotorblättern ist noch nicht in industriellem Maßstab möglich, lediglich die FiVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Regel in Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken zur Verbrennung beigemischt. Sobald deutlich größere Mengen zur Verbrennung anfallen, könnte es aber aufgrund des hohen GFK-Anteils in Rotorblättern zu Rückständen und Verklebungen in den Brennkammern kommen, die den Betrieb der Müllverbrennungsanlage oder des Zementwerks beeinträchtigen. Nicht nur aufgrund dieses Risikos, sondern
rennung anfallen, könnte es aber aufgrund des hohen GFK-Anteils in
Rotorblättern zu Rückständen und Verklebungen in den Brennkammern kommen, die dVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
rn kommen, die den Betrieb der Müllverbrennungsanlage oder des Zementwerks beeinträchtigen. Nicht nur aufgrund dieses Risikos, sondern auch, weil die Menge an zur Entsorgung anstehenden Rotorblättern ab 2020 stark zunehmen wird, ist es erforderlich, mit Nachdruck an der Entwicklung geeigneter Recyclingverfahren zu arbeiten. Es gibt mehrere Forschungsvorhaben, die sich u. a. mit der
isikos, sondern auch, weil die Menge an zur Entsorgung anstehenden
Rotorblättern ab 2020 stark zunehmen wird, ist es erforderlich, mit Nachdruck aVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
rk zunehmen wird, ist es erforderlich, mit Nachdruck an der Entwicklung geeigneter Recyclingverfahren zu arbeiten. Es gibt mehrere Forschungsvorhaben, die sich u. a. mit der Pyrolyse von Rotorblättern beschäftigen, um ausreichend lange Fasern zurückzugewinnen und diese einer neuen Nutzung zuführen zu können. Die meist nur den Herstellern bekannte Zusammensetzung der Rotorblätter ersc
bt mehrere Forschungsvorhaben, die sich u. a. mit der Pyrolyse von
Rotorblättern beschäftigen, um ausreichend lange Fasern zurückzugewinnen und diVDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
ling. Zudem sind neue Glasfasern zurzeit sehr kostengünstig, so dass sich der Einsatz eines so energieintensiven Verfahrens wie der Pyrolyse von GFK derzeit nicht lohnt. Ideen, Teile von Rotorblättern durch gezielte Sprengungen (energetische Demontage) in geeignete Fragmente für verschiedene Recyclingverfahren zu trennen, könnten einen neuen Ansatz ergeben, um recycelfähige Fraktione
ens wie der Pyrolyse von GFK derzeit nicht lohnt. Ideen, Teile von
Rotorblättern durch gezielte Sprengungen (energetische Demontage) in geeignete VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH

Notes:
1 Where to start a query
2Smart Searcht breaks the user's input into individual words and then matches those words in any position and in any order in the table (rather than simple doing a simple string compare)
3Regular Expressions can be used to initialize advanced searches. In the regular expression search you can enter regular expression with various wildcards such as:

";