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Schneeketten für Turbinen - Technology Review / Dez 2011

Immer mehr Windräder werden an klimatischen Extremstandorten aufgestellt. Damit die Anlagen in der Eiseskälte verlässlich arbeiten, passen die Hersteller sie an. Spezielle Öle und Stähle sowie beheizte Flügel sollen den Betrieb garantieren


Im Norden Amerikas und in den Weiten Asiens gibt es noch Tausende gute Stellplätze für Windräder. Die Windausbeute an diesen Standorten ist sehr gut – und Menschen, die sich am Anblick der Riesen stören könnten, gibt es dort so gut wie keine, sagt Hans-Günter Heil, der beim Verband der Deutschen Maschinen- und Anlagenbauer den Arbeitskreis \"Cold Climate Version\" leitet.

Zwar seien diese Standorte prädestiniert für die Windkraftnutzung, doch die Bedingungen auch extrem. \"Das Thema ist die Kälte\", erklärt Heil. Tiefsttemperaturen von bis zu 40 Grad Celsius unter 0, orkanartige Winde, Turbulenzen und starke Niederschläge stellten an die Maschinen enorme Ansprüche.

Ende Oktober verkaufte der Windradhersteller Repower zwölf je zwei Megawatt starke Anlagen nach Alaska. Eva Creek, so der Name der Windfarm, verspricht fette Beute: Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit liegt bei rund acht Meter je Sekunde – ein guter Binnenstandort in Mitteldeutschland bringt es nur auf fünf bis sechs Meter je Sekunde.

Ende 2012 sollen die Maschinen vom Typ MM 92, die als Cold Climate Version ausgelegt sind, stehen. Bei dieser Variante ist selbst der Stahlrohrturm winterfest. Die Legierung wird entsprechend der Temperaturen gewählt, wie Repower-Entwicklungsingenieur Hannes Friedrich erklärt: \"Stahl wird abhängig von der Zusammensetzung bei niedrigen Temperaturen spröde und kann im Extremfall brechen.\"

Oben, im Maschinenhaus, sind es vor allem die Schmieröle und Fette in den Lagern oder im Getriebe, die der Kälte trotzen müssen. Im Betrieb erreichen sie ihre Idealtemperatur von rund 60 Grad Celsius, dann sind sie dünnflüssig und schmieren Zahnräder oder Gleitflächen ideal. Sind sie kalt und zähflüssig, ist die Schmierwirkung schlecht, der Verschleiß hoch. \"Worst case ist, wenn die Anlage vom Netz getrennt wird. Dann kühlt sie auf Außentemperatur runter\", sagt Friedrich. Will der Betreiber die Anlage, etwa nach der Reparatur, wieder starten, hat er ein Problem. Die Maschine ist in eine Art Schockstarre verfallen.

Einfach wieder anschalten geht jetzt nicht mehr, sagt Friedrich: \"Das ist wie ein Kaltstart beim Auto. Da müssen sie sehr lange vorglühen.\" Vorglühen bedeutet in diesem Fall: Heizung anschmeißen. Im Getriebe sorgt eine Art Tauchsieder dafür, dass die Temperatur des Öls ansteigt. \"10 Grad sollten es schon sein\", so Friedrich. In die Schaltschränke pusten Heizlüfter warme Luft. Die empfindlichen Elektronikkomponenten müssen mindestens fünf Grad haben, um die Anlage starten zu können.

Dauert der Stillstand – etwa wegen eines Stromausfalls – länger, spenden leistungsstarke Akkus Strom und versorgen die überlebenswichtigen Funktionen. Etwa die Pitch-Antriebe der Rotorblätter und das Nachführen des Maschinenhauses in den Wind. So überstehen die Turbinen selbst Orkane.

Auch andere Hersteller schicken ihre Anlagen in die Kälte. So hat Nordex gerade 21 Windräder vom Typ N90 nach Norwegen verkauft. Die 2,5-MW-Maschinen werden ebenfalls als Cold Climate-Variante ausgerüstet. Allerdings sind die Bedingungen auf der Insel Stord, wo die Anlagen errichtet werden, vergleichsweise angenehm, das Thermometer fällt hier maximal zehn Grad unter Null.

Zehn Grad Minus. Viel kälter wird es auch in unseren Breiten nur selten. Außer in den Gebirgen, wo ebenfalls immer mehr Windräder aufgestellt werden. Einige Skilifte in den Alpen werden sogar bereits von Windrädern mit Strom versorgt. Kälte ist aber auch gut, denn dann ist die Luft trocken. Und wo kein Niederschlag fällt, kann sich auch kein Eis an den Blättern bilden.

Anderswo sind Temperaturen um den Gefrierpunkt in den Wintermonaten die Regel. Mit gravierenden Folgen. Eis an den Flügeln kann Unwuchten erzeugen und Schaden anrichten. Deshalb analysieren Messsysteme die Lasten an den Rotorblättern. Sich lösende Eisklumpen können Hunderte Meter weit fliegen und stellen eine Gefahr dar. Ferner beeinträchtigen Schnee und Eis die Aerodynamik und senken die Stromernte. Die Betreiber detektieren das, indem sie die Lastkurve des Generators auswerten. Sinkt der Ertrag, ist der Wirkungsgrad der Blätter schlecht.

Damit es erst gar nicht so weit kommt, messen Sensoren die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur. Zwischen etwa plus sechs und minus zehn Grad besteht Vereisungsgefahr. Viele Anlagen werden dann abgeschaltet. Das ärgert die Betreiber, weil sie Einnahmen verlieren. Eine Lösung sind beheizte Rotorblätter. Die Hersteller Nordex und Enercon etwa bieten so etwas an. Entweder pusten Gebläse heiße Luft in die Flügel oder aber einlaminierte Leiterschleifen erhitzen die Blattoberfläche und schmelzen das Eis. Doch die Heizungen brauchen Unmengen an Strom.

Geschickter sind da Oberflächen mit Lotuseffekt, die das Anhaften von Schnee und Eis verhindern. Doch noch stecken diese Techniken im Forschungsstadium. Für Hannes Friedrich von Repower sind sie aber \"ein vielversprechendes Thema\".


Der Beitrag erschien im Dezember 2011 in: Technology Review

© 2011 Daniel Hautmann