Was ist eine Auslösung von Windkraftanlagen und wie kann man diese reduzieren?

Was ist eine Abschaltung einer Windkraftanlage?

Die Abschaltung einer Windkraftanlage ist ein Ereignis, bei dem die Turbine zum Schutz vor Schäden oder unsicheren Bedingungen abgeschaltet wird. Während einer Abschaltung wechselt die Turbine in der Regel in einen sicheren Zustand. Hierzu werden die Rotorblätter in den Wind gestellt, um die aerodynamischen Kräfte zu reduzieren, während Bremsen die Rotation verlangsamen und die Anlage vom Netz trennen.

Eine häufige Ursache für die Abschaltung von Windkraftanlagen sind sehr schnelle Winde, die über die Auslegungsgrenzen hinausgehen. Weitere mögliche Ursachen sind unzureichende Windgeschwindigkeiten zur Stromerzeugung, Probleme innerhalb des Stromnetzes sowie mechanische oder elektrische Störungen.

Sobald die ursächlichen Bedingungen für die Abschaltung nicht mehr vorliegen, kann die Turbine automatisch oder manuell zurückgesetzt und wieder online geschaltet werden.

Wie kann man die durch Windböen verursachten Abschaltungen von Windturbinen reduzieren?

Es ist nicht ungewöhnlich, dass Windböen die Betriebsgrenze einer Windturbine überschreiten. In solchen Situationen besteht die OEM-Lösung für einige Windturbinen darin, die Anlage einfach abzuschalten. Dies führt zu einem Produktionsausfall, bis diese Turbinen gestartet werden, und erhöht so den Verschleiß der Maschine. Fortschrittliche Steuerungsalgorithmen von Windturbinen können die Auswirkungen plötzlicher Windböen und Turbulenzen jedoch abmildern und Abschaltungen reduzieren.

Eine grundlegende Steuereinheit für Windenergieanlagen (WEA) mit einfacher Steuerungslogik versucht, auf eine plötzliche Böe zu reagieren und sofort die Blattstellung zu ändern, um das Drehmoment des Getriebes/Generators in erster Linie anhand einer Tabelle zu reduzieren. Um übermäßiges Reagieren und Abschaltungen zu vermeiden, muss die Reaktion proportional zu den Umgebungsvariablen sein. Dies ist angesichts der Verzögerung der rotierenden Blätter und der großen Verzögerung der Ansprechzeit bei einer plötzlichen Böe sowie anderer Variablen, die zu einer ungenauen Steuerungsreaktion führen, besonders herausfordernd.

Ein besserer Ansatz ist die Verwendung fortschrittlicher, adaptiver Windböensteuerungslogik, die Windböen und Turbulenzen mit spezifischen Logikalgorithmen verarbeitet, um eine Reihe von Umweltfaktoren zu kompensieren. Es gibt drei Stufen der Reaktionen auf übermäßige Windböen/-geschwindigkeiten. 

• Die obere Stufe ist der Überdrehzahlschutz. Obwohl es am wenigsten wünschenswert ist, ist dies möglicherweise die beste Wahl zum Schutz von Windturbinen, die hohen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt sind. Ein Ansatz beim Überdrehzahlschutz besteht darin, die Rotordrehzahl im Voraus um mehrere Sekunden vorherzusagen und eine frühere Reaktion bei Neigungsbewegungen zu ermöglichen, um die Ermüdung der Rotationskomponenten zu reduzieren. 
• Die nächste Stufe ist aktiver, indem fortschrittliche Steuerungsmethoden und Berechnungen einbezogen werden, um die Reaktion des Reglers auf Böen zu verbessern. Anstatt allein auf die Windgeschwindigkeit zu reagieren, wird bei diesem Ansatz die angepasste Windgeschwindigkeit in einen Turbulenzenschätzungmesser zusammen mit einem Gondel-Beschleunigungsmesser einbezogen, um mit anderen Eingängen eine Schubgrenze zu berechnen, um den Neigungssollwert zu ermitteln. Dies ist besonders bei Turbinen mit turbulenten Luftströmen nützlich. 
  Als letzte Maßnahme dient eine turbulenzbasierte Berechnung der Leistungsreduzierung als Basis für die Steuerung des Pitchsystems, wenn Windböen zu stark werden. Dies ermöglicht einen sichereren Betrieb, um das Erreichen von Überdrehzahl-Abschalteinstellungen zu verhindern, die Stromproduktion bei reduziertem Sollwert jedoch aufrechtzuerhalten.
• Die letzte Stufe ist die automatische Reaktion auf Abschaltungen. Innerhalb des SCADA-Systems kann eine bedingte Logik eingeführt werden, so dass die Logik beim Auftreten einer Abschaltung wie ein menschlicher Bediener reagiert, indem sie die Fehlerbedingungen, die Zeitsteuerung und den Gesamtzustand der Einheit überprüft, um die Abschaltung zurückzusetzen und die Einheit neu zu starten. Dies zeigt, was ein Betreiber in Sekundenbruchteilen tun würde, um Produktionsausfälle, insbesondere in großen Windparks, schneller auszugleichen. Systeme mit offener Logik ermöglichen eine Parameteränderung, um neuen Ideen oder sich ändernden Bedingungen Rechnung zu tragen.

Emerson hat mehr als 30 Jahre Erfahrung mit Systemen zur Windturbinensteuerung und bietet Lösungen zur Nachrüstung von Windturbinen, die den Anforderungen unterschiedlicher Umweltbedingungen gerecht werden, Abschaltungen reduzieren und die jährliche Energieerzeugung (AEP) von Windkraftanlagen verbessern.