Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007

HTBLuVA Wiener Neustadt

DI Christof Flucher Vestas Österreich GmbH

-Vestas als Anlagenhersteller

-Windenergieanlagen von Vestas

-Antriebskonzepte und Netzeinspeisung

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Vestas Geschichte - Meilensteine

1898 1945 1979 1987 1998 2004

1898: Das Jahr, als alles begann. Der Schmied H. S. Hansen eröffnete seine erste Werkstatt in Lem, Dänemark.

1945: VEstjysk STålteknik A/S wird gegründet (Haushalts- und Land-wirtschaftsmaschinen etc.)

1979: Erste Windener-gieanlage auf dem Markt

1987: Vestas Wind Systems A/S wird gegründet

1998:Börsennotierung an der Kopenhagener Börse

2004:Zusammenschluss von NEG Micon A/S und Vestas Wind Systems A/S

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VESTAS - Hauptaktivitäten

Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Marketingund Wartung von Anlagen,

die mit Windenergie Strom erzeugen

Forschungund Ent-wicklung

Produk-tion undTests

Instal-lation

ServiceWartung

Trans-port

VertriebPlanung

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Windenergieanlagen in über 50 Märkten

Australien

GriechenlandNorwegenDänemarkUSA

Deutschland China

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Development of Vestas turbines

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Steigerung des Energieertrages mit größerer Rotorfläche

parameter

air density: 1,225Weibull k-parameter: 2.0

Production in MWh 100 %

V29 V39 V47 V52 V52 V52 V66 V66 V66 V80 V80 V80 V90in 30 m in 60 m 31,5 m* 53 m* 65 m* 65 m* 74 m* 86 m* 60 m* 67 m* 78 m* 60 m* 78 m* 100 m* 80m*

4.8 5.6 303 699 1114 1391 1482 1594 2086 2221 2405 3030 3468 3937 50495.0 5.8 338 773 1220 1514 1606 1720 2299 2451 2641 3317 3763 4238 54775.2 6.0 374 848 1326 1628 1721 1835 2515 2684 2879 3606 4057 4534 59105.4 6.2 410 923 1432 1762 1858 1976 2758 2919 3118 3929 4398 4893 63495.6 6.4 447 999 1536 1896 1995 2116 3003 3155 3356 4254 4738 5249 67935.8 6.6 484 1074 1640 2019 2119 2241 3233 3391 3593 4557 5044 5557 72336.0 6.8 522 1150 1742 2145 2245 2368 3468 3625 3828 4864 5356 5872 76796.2 7.0 559 1224 1843 2269 2369 2492 3702 3858 4059 5169 5662 6179 81186.4 7.2 596 1298 1941 2384 2483 2603 3922 4088 4287 5454 5938 6447 85576.6 7.4 632 1370 2037 2504 2602 2721 4151 4314 4510 5749 6231 6737 89906.8 7.6 669 1442 2130 2621 2718 2837 4377 4537 4729 6038 6516 7017 94177.0 7.8 704 1511 2221 2732 2827 2943 4592 4754 4942 6313 6781 7272 9840

annual windspeed

*hub height

8

Anlagen Modelle (Serienprod. 2006)

V80-2.0 MW, Germany

• Kilowatt -Klasse• V52-850 kW

• Megawattklasse 1.5 MW• V82-1.65 MW

• Megawattklasse 2.0 MW• V80-1.8 MW• V80-2.0 MW• V90-1.8 MW• V90-2.0 MW

• Megawattklasse 3.0 MW• V90-3.0 MW

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Installierte Vestas Turbinen-nach Modellen

Number Model Capacity (MW)26,033 Other 13,5581,816 V52-850 kW 1,544

625 V80-1.8 MW 1,1251,578 V80-2.0 MW 3,156

203 V82-1.5 MW 305730 V82-1.65 MW 1,205382 V90-2.0 MW 764202 V90-3.0 MW 606

31.569 22.263

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Niederlassungen global

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Maschinenhausproduktion

Maschinenteile• Dänemark

Nabengussteile, etc.• Norwegen• Schweden• Deutschland

Generatoren• Deutschland• (China)

Montage• Australien• Dänemark• Indien• Italien• Schottland• Spanien• (China)

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Rotorblattproduktion

• Dänemark• England• Italien• Deutschland• Australien• China• USA• Spanien

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Turmproduktion

• Dänemark• Schottland

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• Dänemark• Spanien

Steuerungsproduktion

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Transport per LKW

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Transport per Zug

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Transport per Schiff

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Warum Offshore?

Vorteile• bessere Windverhältnisse• geringere Turbulenzen• viele große unerschlossene

Gebiete• keine „physikalischen

Grenzen” in Bezug auf Größe und Gewicht

• Es gibt keine Menschen in der Umgebung, die sich belästigt fühlen

Nachteile• Installation und Wartung

sind komplizierter und kostenintensiver

V80-2,0 MW, England

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Entwicklung der jährlichen kumulierten installierten Leistung

20Source: BTM Consult ApS

Weltmarkt Anteile 2005

Vestas27.9%

GE Wind17.7%

Enercon13.5%

Gamesa12.9%

Suzlon6.1%

Siemens5.5%

Repower3.1%

Mitsubishi2%

Nordex2.6%

Ecotécnia2.1%

Others5%

Einführung in die Technik einer Windenergieanlage

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Inhaltsverzeichnis

• Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert

• Grundelemente einer WEA

• Antriebskonzepte, Anlagenregelung, Stromeinspeisung und Stromaufbereitung

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Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert

• Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse. Schon dadurch werden Winde erzeugt.

• Durch die Sonneneinstrahlung wird die Erde unterschiedlich erhitzt. Warme Luft strömt vom Äquator zu den Polen.

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Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert

Die Luft erwärmt sich schneller über dem Land als über dem Meer.

Warme Luft steigt auf und kühlt sich hoch im Himmel wieder ab.

Über dem Meer drückt die abgekühlte Luft die Luft darunter gegen das Land - Wind

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• Preise für fossile Energieträger steigen

• Dagegen wird die Technik der WEA effizienter

• Windenergie - eine saubere Energienutzung

• Größere Unabhängigkeit von Ölimporten (Ölpreis – Ölförderung)

Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert

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Grundelemente einer WEA

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Grundelemente einer WEA

Gondel

Turm

FundamentTrafo

Rotor

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Grundelemente einer WEA

Das Herzstück der Windenergieanlage:

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Grundelemente einer WEA

Nabe mit hydraulischer Blattverstellung

Trans-formator

Schnelle Welle

Hauptwelle

Rotor

Anemometer

Getriebe

Generator

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Maschinenhaus der V90-3,0 MW

Maschinen-haus

TransformatorGenerator

Turm

Nabe

RotorGetriebe

Leistungsbegrenzung und Antriebskonzepte

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Art der LeistungsbegrenzungSTALL-EFFEKT

• Leistungsbegrenzung durch Strömungsabriss (Stall)

• Die Stall-Regelung ist die einfachste und das älteste Regelungssystem

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Art der LeistungsbegrenzungPITCH-EFFEKT

• Leistungsbegrenzung durch Verdrehung der Rotorblätter (Pitch)

•

• Die Regelung der Leistung ist bei pitch-geregelten Windkraftanlagen durch das Verdrehen der Rotorblätter gewährleistet.

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Entwicklung der Leistungsbegrenzng

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Antriebskonzeptze netzparalleler WKA

• Die wichtigsten Konzepte netzeinspeisender WKA sind folgende:

• ältestes Konzept: Stall, Asynchronmaschine (dänisches Konzept)

• Eine verbesserte Variante des dänischen Konzepts ist die Verwendung des Asynchrongenerators mit Schlupfregelung

• indirekte Netzeinspeisung mit Synchrongenerator über Umrichter

• Indirekte Netzeinspeisung mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator

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Dänisches Konzept (Stall-Anlage mit ASM-Kurzschlußläufer)

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Asynchrongenerator mit Schlupfregelung

• Hier wird der Rotor durch eine Blattverstellung geregelt und arbeitet in einem begrenzten Bereich drehzahlvariabel. Der Asynchrongenerator kann durch eine Schlupferhöhung bei Böen oder starkem „drehzahlweich“ rotieren, um Belastungen für die Struktur stark zu reduzieren. Hierbei kann die Böe in eine Drehzahl- und damit in eine Schlupferhöhung umgesetzt werden, welche dann durch eine Blattwinkelverstellung der Rotorblätter aufgefangen wird. Die dabei entstehende Verlustleistung wird als Wärme an die Umgebung abgegeben und kann nicht als Energieertrag genutzt werden.

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Drehzahlvariable Anlage mit Synchrongenerator

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Drehzahlvariable WKA mit doppelt-gespeistem Asynchrongenerator

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Marktanteil der Antriebskonzepte

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Stromproduktion einer WKA

• Generatoren• Der Generator ist ein Energiewandler und wandelt

die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um.

Bauarten heutzutage: Für Windgeneratoren gibt es im wesentlichen zwei

unterschiedliche Bauarten:• SYNCHRONGENERATOR • ASYNCHRONGENERATOR Asynchrongeneratoren (und besonders die doppelt

gespeisten Asynchrongeneratoren) werden in der Windindustrie sehr häufig verwendet.

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Strom, Spannung, Transformation

Windkraftanlagen produzieren 3-Phasen-Wechselstrom wie jedes elektrische Kraftwerk.

Die Spannung hängt von der Leistungsklasse der Windkraftanlage ab:

• 400 V bei kleinen Anlagen (bis max. 600 kW)• 690 V bei sehr großen Anlagen (0,5 bis 2,5 MW)• 1000 V bei sehr großen Anlagen (z.B. bei der V90-3.0 MW)

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(Frequenz)Umrichter

• Generatoren wandeln die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um. Konzepte mit Starrer Drehzahl sind mit Asynchrongeneratoren ausgestattet und können ins Netz direkt einspeisen: ein Umrichter ist bei diesem Konzept nicht nötig.

• Heute wird jedoch die große Mehrheit der Windkraftanlagen mit variabler Rotordrehzahl betrieben. Hierfür ist ein Umrichter nötig.

• Abb: Schema eines Umrichters

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Spannungsanpassung

Diese Spannung wird mit einem Transformator auf 20-110 kV hochtransformiert, in Abhängigkeit von der lokalen Netzspannung. Der Transformator kann sich in der Gondel, im Turm oder in einer Trafostation neben der Anlage befinden. Bei den großen Vestas-Anlagen ist er in der Gondel situiert.

Die Mehrheit der errichteten Anlagen ist mit frequenzvariablen Generatoren ausgerüstet. Dieser Strom wird dann mit Hilfe eines Umrichters an die gewünschte angepasst (50 Hz in Europa, 60 Hz in Amerika).

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Die Windkraftanlage V90-2.0 MW

• Beschreibung• Grundriß im Turmfuß• Blitzschutz- und Erdungskonzept• Übersichtsschaltbild• Generatordaten• VMP-Controller• Mittelspannungsanschluß• Netzüberwachung

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Diskussion

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit