Jede Leistungssteigerung bedeutet eine höhere Abwärmelast – und diese gilt es möglichst effizient abzuführen. Das ist Voraussetzung, damit die in den Windkraftanlagen verbaute Technik zuverlässig arbeiten kann und keinen Schaden nimmt. Ventilatoren spielen hier eine wichtige Rolle. Durch eine wirkungsvolle Kühlung, die möglichst wenig Energie verbraucht, lässt sich die Leistungsfähigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage erhöhen.
Der Kühlbedarf in Windkraftanlagen ist hoch. Neben der Elektronik, den Umrichtern und den Generatoren müssen auch Pitchantriebe, Schaltschränke und Getriebe gekühlt sowie die Gondel klimatisiert werden. So unterschiedlich wie die einzelnen Anwendungen sind auch die Anforderungen an die eingesetzten Ventilatoren. Meist ist nicht nur die benötigte Luftleistung entscheidend.
Die Ventilatoren müssen auch in punkto Energieeffizienz, Akustik und vor allem hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit überzeugen und dabei oft mit beengten Einbauverhältnissen zurechtkommen. Für die unterschiedlichen Klimatisierungslösungen hat ebm-papst deshalb eine Vielzahl an Axial- und Radialventilatoren mit energiesparenden EC-Motoren im Programm, die im Hinblick auf die in Windkraftanlagen geforderten Eigenschaften ausgelegt sind.
Stufenlos regelbar, leise, robust und mit Zustandsüberwachung
Wenn die Windkraftanlage keinen oder nur wenig Strom produziert, sinkt der Kühlbedarf und die Ventilatoren müssen sich den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen. Hier kommen energieeffiziente EC-Ventilatoren zum Einsatz, deren Drehzahl stufenlos regelbar ist. Strömungstechnische Optimierung sorgt für einen leisen Betrieb. Das ist wichtig bei Windkraftanlagen, die in der Nähe von Wohngebieten arbeiten.
Von großer Bedeutung ist auch, dass die integrierte Elektronik der EC-Motoren durch ihre hohe Spannungsfestigkeit robust genug ist, um mit unsauberen Netzen zurechtzukommen. Gleichzeitig bietet die Elektronik die Möglichkeit zur Fernüberwachung, bei der sämtliche Informationen von Drehzahl über Motortemperatur bis hin zu Betriebs- und Störmeldungen jederzeit und überall zur Verfügung stehen.
Der Kühlbedarf in Windkraftanlagen ist hoch. So unterschiedlich wie die einzelnen Anwendungen sind auch die Anforderungen an die eingesetzten Ventilatoren.
(Foto | ebm-papst)
Die Messwerte der in den Motoren integrierten Schwingungs- und Temperatursensoren lassen sich für eine Zustandsüberwachung nutzen. Das bildet die Basis für vorbeugende Wartungsmaßnahmen im Rahmen der planmäßigen Service-Intervalle. Unerwartete Ausfälle der Klimatisierung, auf Grund des Ventilators werden dadurch deutlich reduziert.
Besteht Korrosionsgefahr, weil die Ventilatoren mit salzhaltiger oder feuchter Luft in Berührung kommen, schützt eine spezielle Beschichtung die Oberflächen. Korrosionsschutzanforderungen in Anlehnung bis Klasse C5-M nach DIN EN ISO 12944 lassen sich damit erfüllen.
Gondelklimatisierung
Die Gondel ist das Maschinenhaus jeder Windkraftanlage. In ihrem Inneren sollte die Temperatur nicht über 30 °C ansteigen. Leistungselektronik, Generator etc. werden schließlich mit der Raumluft gekühlt. Die Systeme zur Gondelklimatisierung unterscheiden sich zwar im Design, benötigen aber immer zuverlässige und robuste Ventilatoren. Je nach Einbausituation im Klimagerät und Geometrie des Wärmetauschers kommen entweder Axial- oder Radialventilatoren in Frage.
Mit AxiBlade und AxiEco gibt es gleich zwei Axialventilatoren-Baureihen, die unterschiedliche Anforderungen abdecken. Erstere überzeugt durch ihre hohe Leistungsdichte bei geringer Geräuschemission, während die andere Baureihe sich vor allem für Anwendungen eignet, bei denen ein besonders hoher Druckaufbau gefragt ist, zum Beispiel aufgrund der Einbaubedingungen oder Tauschergeometrien.
Auch Radialventilatoren eignen sich für die Gondelklimatisierung. Bei der Entwicklung der RadiPac Radialventilatoren beispielsweise wurde die reale, oft enge Einbausituation im Kundengerät mit einbezogen. Insbesondere konnten das Abströmverhalten des Laufrads optimiert und Umlenkverluste im Klimakastengerät ebenso wie die Austrittsverluste durch eine spezielle Formgebung reduziert werden.
Bei gleichem Betriebspunkt können die Ventilatoren dadurch mit niedrigerer Drehzahl laufen, was wiederum bedeutet, dass weniger Energie benötigt wird und das Betriebsgeräusch niedriger ist. Durch ein breites Wirkungsgradoptimum und einen hohen statischen Gesamtwirkungsgrad arbeiten die Ventilatoren in weiten Betriebsbereichen mit geringer Leistungsaufnahme.
Generatorkühlung
Synchron- oder Asynchrongeneratoren sind das „Herz“ der Windkraftanlage. Sie sollen möglichst lange Zeit wartungsfrei arbeiten. Dafür müssen die Generatoren auf einem verträglichen Temperaturniveau gehalten werden. Werden sie zu heiß, sinken Effizienz und Lebenserwartung. Im schlimmsten Fall könnten Komponenten Schaden nehmen, was aufwendige Reparaturarbeiten zur Folge hätte. Zur Kühlung fördern deshalb oft Radialventilatoren Luft über den äußeren Stator des Generators, um die Wärme abzuführen.
Auch hier haben die bereits erwähnten RadiPac dank ihrer hohen Leistungsdichte, Robustheit und dem großen Druckaufbau einen typischen Einsatzbereich gefunden. Durch die kompakten Abmessungen können sowohl konventionelle als auch Ringgeneratoren gekühlt werden. Die bedarfsgerechte, temperaturgeregelte Ansteuerung ist dann beispielsweise über Modbus RTU oder Analogsignale möglich. Durch den hohen Wirkungsgrad der EC-Motoren muss der Generator nur wenig Energie für seine eigene Kühlung erzeugen. Gerade wenn an großen Generatoren viele Ventilatoren im Einsatz sind, rechnet sich das.
Schaltschrankkühlung und Umrichterkühlung
Im Hinblick auf den Einsatz zur Schaltschrankkühlung speziell in Windkraftanlagen wurden die kleineren RadiCal EC-Ventilatoren entwickelt. Sie überzeugen vor allem durch hohe Volumenströme, ein gutes Geräuschverhalten und kompakte Abmessungen, die obendrein einen einfachen Austausch bisheriger AC-Lösungen ermöglichen. Sie decken in den Baugrößen 133 bis 560 Luftleistungen bis ca. 14.000 m³/h (bei bis zu 1.400 Pa) ab.
Bei der Umrichterkühlung in Windkraftanlagen kommen leistungsstarke RadiPac EC-Ventilatoren zum Einsatz. Kompakte Abmessungen wegen der meist sehr engen Einbauverhältnisse, Langlebigkeit, robuste Elektronik und Energieeffizienz sind auch hier wichtige Argumente, die für die Radialventilatoren mit der hohen Leistungsdichte sprechen. Da es die RadiPac Baureihe in den Baugrößen 250 bis 1.000 bei bis zu 2.500 Pa und mit Luftleistungen bis 37.000 m³/h gibt, ist der Einsatzbereich breit gefächert.
Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Ventilatoren, die sich für den Einsatz in Windkraftanlagen eignen und auch kundenspezifische Modifikationen sind realisierbar. Das gilt nicht nur für Windkraft, sondern auch für Photovoltaikanlagen – ebenfalls aus dem Bereich Erneuerbare Energien. Hier haben sich die energieeffizienten, leisen und zuverlässigen Ventilatoren ebenfalls schon in vielen Anwendungen bewährt.
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