Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
Bild 8.1
Leistungs-Drehzahl-Diagramm einer Rotoranordnung einer Windenergieanlage und Kennli-
nie eines Generators an fester und variabler, optimaler Frequenz; Beispiel einer 2-MW-Anlage; Para-
metrierung: Windgeschwindigkeit; Pitch-Winkel konstant, ab 10m/s Leistung konstant 2MW
bei dem bei der jeweiligen Windgeschwindigkeit das Maximum der Leistung liegt. Die Rotor-
und damit die Generatordrehzahl müssen also abhängig von der Windgeschwindigkeit verän-
dert werden. Dabei wird der Pitch-Winkel (Anstellwinkel der Rotorblätter) konstant gehalten,
solange die Nennleistung nicht erreicht ist. Dieser Bereich unterhalb der Nennleistung wird
Leistungsoptimierungsbereich genannt. Lediglich wenn der Wind zu stark ist und damit die
Nennleistung überschritten wird, wird das Rotorblatt über Veränderung des Pitch-Winkels aus
demWind gedreht (Leistungsbegrenzungsbereich, waagerechte Linie in Bild
8.1
bei 2MW).
Die Steuerbarkeit der Drehzahl wird dadurch erreicht, dass zwischen Generator und Netz ein
Frequenzumrichter geschaltet wird. Er wird netzseitigmit Netzspannung fester Amplitude und
Frequenz betrieben und kann amGenerator, wie gefordert, Spannung variabler Amplitude und
Frequenz erzeugen, wie es für den Betrieb mit variabler Drehzahl erforderlich ist.
Die Struktur und die Komponenten des Antriebsstrangs sowie der Netzeinspeisung einer
Windenergieanlage mit umrichtergespeistem Generator sind in Bild
8.2
dargestellt. Hier ist
eine Anlage dargestellt, die mit einem Vollumrichter ausgestattet ist. Der Umrichter wandelt
die volle Leistung des Generators.
Der Rotor der Windenergieanlage wandelt die Leistung des Windes in mechanische Leistung.
Häufig wird ein Getriebe verwendet, sodass die niedrige Drehzahl des Rotors an eine dann hö-
here des Generators angepasst werden kann. Der Generator wandelt die mechanische in elek-
trische Leistung. Ein Frequenzumrichter wandelt die Frequenz des drehzahlvariablen Genera-
tors in die feste Netzfrequenz und speist die Leistung über Transformator, Netzfilter, Schütze
und Sicherungen ins Netz ein. Neben den Anlagen mit Vollumrichter, die für Asynchronkurz-
schlussläufer und Synchronmaschinen verwendet werden, sind Anlagen mit Teilleistungsum-
