Wartungsarm muss die Offshore-Technik sein
Wirtschaftliche Lösungen sind gefragt

Eine der größten Herausforderungen beim Bau gigantischer Windparks im Meer ist der Transport der auf hoher See erzeugten elektrischen Energie an Land und die Anbindung ans öffentliche Netz. Auf der einen Seite stehen die Offshore-Windparks, in denen viele Windturbinen unabhängig voneinander Strom produzieren, auf der anderen Seite die öffentlichen Netze, die Energie fester Spannung und Frequenz benötigen. Dazwischen liegt die weite Stecke durchs offene Meer, über die die Energie übertragen werden muss.

NÜRNBERG. Die vom Generator erzeugte elektrische Energieform hat - abhängig von der schwankenden Windgeschwindigkeit - zunächst eine variable Frequenz, die durch einen nachgeschalteten Umrichter in eine feste Frequenz umgewandelt wird. Diese Energie fester Frequenz wird auf Mittelspannungsniveau hochtransformiert und über eine Mittelspannungsschaltanlage in das lokale Netz des Windparks gespeist. Über dieses lokale Netz läuft die Energie in einem zentralen Knoten zusammen, wird auf Hochspannung gebracht und an Land transportiert.

Für den Transport an Land sind herkömmliche Überleitungssysteme in Wechselstromtechnik weniger geeignet, weil der Wechselstrom beim Zurücklegen langer Strecken große Verluste verursacht. Deshalb hat Siemens speziell für Offshore-Anwendungen das Hochspannungsgleichstrom-Übertragungssystem HVDC-Plus entwickelt. Mit HVDC-Plus lassen sich große Offshore-Parks per Seekabel mit dem Energieversorgungsnetz auf dem Festland verbinden.

Die Hochspannungs-Gleichstromtechnik, kurz HGÜ, ermöglicht dabei einen besonders verlustarmen Energietransport über lange Strecken und den Anschluss räumlich getrennter Wechselspannungssysteme, wie Windparks. Bei dem HGÜ-Konzept wird der von den Windturbinen erzeugte Wechselstrom in einer zentralen Konverterstation in Gleichstrom umgewandelt und per Seekabel an Land übertragen. An Land wird der Gleichstrom wieder in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist.

Es gibt zwei verschiedene Konzepte

HVDC-Plus ist das erste selbst geführte HGÜ-System mit IGBT-Leistungstransistoren. Im Vergleich zu konventionellen, netzgeführten HGÜ-Systemen spart HVDC-Plus durch den Einsatz der IGBT-Module Platz und ist leichter. Dadurch lässt sich die Konverterstation kleiner und kostengünstiger gestalten. Außerdem macht die IGBT-Technik das HGÜ-System zuverlässiger, wartungsärmer sowie servicefreundlicher und bringt Vorteile beim Wirkungsgrad.

Ebenso wie bei der Energieübertragung stehen auch bei Energieerzeugung Kompaktheit, Zuverlässigkeit, Wartungsarmut und hohe Wirkungsgrade im Fokus. Dies beginnt bei den Generatoren. Je nach Windkraftanlagentyp gibt es hier zwei verschiedene Konzepte. Für Windkraftanlagen mit Getriebe liefert Siemens robuste, kompakte und ertragsstarke Asynchrongeneratoren mit Käfig- oder Schleifringläufer, wobei die Schleifringläufervariante kostengünstige Umrichterlösungen ermöglicht.

Bei getriebelosen Windkraftanlagen kommen grundsätzlich Synchrongeneratoren zum Einsatz. Hier bringt die permanentmagneterregte Version viele Vorteile. Gegenüber elektrisch erregten Synchronmaschinen hat diese um mindestens 20 Prozent weniger Verluste sowie ein deutlich geringeres Bauvolumen und Gewicht. Außerdem sind permanentmagneterregte Generatoren wesentlich zuverlässiger und weniger wartungsintensiv, weil die störanfälligen Verschleißteile zur elektrischen Erregung entfallen.

Die Transformatoren arbeiten nahezu wartungsfrei

Sowohl bei Anlagen mit Getriebe als auch bei solchen ohne Getriebe regeln Umrichter mit Active Front End die Drehzahl. Sie sorgen für unterbrechungsfreien Betrieb, erhöhen die Erträge, entlasten die Mechanik und speisen praktisch sinusförmigen Strom ins Netz.

Die vom Generatorsystem erzeugte Spannung wird für die Netzeinspeisung in die nachgeschaltete Mittelspannungsschaltanlage hochtransformiert. Dazu werden mit Epoxidharz vergossene Transformatoren (Gießharztransformatoren) verwendet, die durch spezielle Anstriche gegen die aggressive, salzhaltige Atmosphäre auf See geschützt sind. Zudem lassen sich diese kompakten Transformatoren für Windkraftanwendungen mechanisch verstärkt ausführen, so dass sie sich bei Bedarf rüttelfest in der Gondel aufstellen lassen, sie arbeiten nahezu wartungsfrei, sind schwer brennbar und selbstverlöschend und erfüllen damit die für Offshore-Windparks entscheidenden Kriterien. Für Offshore-Anwendungen besonders geeignet sind auch die den Transformatoren nachgeschalteten Mittelspannungsschaltanlagen, die die Windkraftanlagen an das Mittelspannungsnetz des Windparks koppeln und die erzeugte Energie in Kopfstationen sammeln, an die beispielsweise die HGÜ-Anlagen angeschlossen sind.

Gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen vom Typ NX-Plus trotzen mit ihren vollständig verschweißen und korrosionsbeständigen Edelstahlbehältern extremen Wetterverhältnissen und sind gegen schädliche Salzwassereinflüsse geschützt. Darüber hinaus arbeiten die Schaltanlagen wartungsfrei, lassen sich Platz sparend unterbringen und per Fernbedienung steuern und überwachen.

Grundsätzlich liefert Siemens nicht nur die elektrotechnischen Produkte und Systeme für die Offshore-Parks der Zukunft, sondern verknüpft diese auch zu übergreifenden Gesamtlösungen und übernimmt Betrieb und Service.

Quelle: Handelsblatt

Serviceangebote
Zur Startseite
-0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%