390 – Windparks: Technik, Projekte, Stromverkauf
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Gäste: Marc Barlag, Max Wackwitz, Sven Kirrmann
Host: Markus Völter Shownoter: Jochen Spalding
Um unsere Coverage von Windenergie zu vervollständigen, habe ich im Juli einen Windpark der Naturstrom AG bei Bamberg besucht. Mit Marc Barlag habe ich — auf der Anlage — einige technische Aspekte besprochen. Mit Max Wackwitz habe ich über Projektentwicklung und Bürgerbeteiligung gesprochen. Und im Anschluss mit Sven Kirrmann über den Strommarkt und den Stromverkauf. Über den Genehmigungsprozess haben wir nicht gesprochen, denn die gibts bei der Lage der Nation in Episoden 274 und 276, auch mit Leuten von Naturstrom.
Die Technik der Anlage
00:04:57Netzfrequenz | Umrichter | Mittelspannungsnetz | Hochspannungsleitung | Befeuerung
Der Gast Max Wackwitz stellt sich vor
00:36:35Max Wackwitz | Nordex SE | Vestas Wind Systems | Bürgerwindpark Litzendorf-Hohenellern | Lage der Nation Podcast Windkraftausbau Teil 1 | Lage der Nation Podcast Windkraftausbau Teil 2 | Gesetz zur Neuregelung des Energiewirtschaftsrechts aus dem Jahr 1998
Der Bau einer Windkraftanlage im Detail
00:54:51Enercon | Max Bögl Tiefbau | Studium Versorgungstechnik | Dr Gast Sven Kirrmann stellt sich vor | Sven Kirrmann
Wie wird Strom verkauft?
01:11:01Einspeisevorrang | Grundlast | Spitzenlast | Virtuelles Kraftwerk | Energiemarkt | So funktioniert der europäische Strommarkt
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Warum Getriebe im Windrad?
Windstromanlagen drehen ja sehr lansam. Bei langsam drehenden Elektromotoren / -Generatoren ist der Materialeinsatz direkt vom maximalen Drehmoment abhängig.
Leistung ist ja Drehzahl*Moment. Bei einem langsam drehenden Motor kann ich die Leistung immer leicht verdoppeln, indem ich die Drehzahl verdopple. Das maximale Moment kann ich aber nur verdoppeln, wenn ich deutlich mehr Kupfer und oder Magnete verbaue. Das macht den Generator aber viel schwerer und vor allem viel teurer.
Wenn ich also ein Windrad mit gegebener Leistung und gegebener Drehzahl des Rotors betreiben will ergibt sich ein gewisser Kupferbedarf für den Generator. Mit einem Getriebe kann ich dieselbe Leisung mit höherer Drehzahl, aber kleinerem Moment verarbeiten. Die höhere Drehzahl hat keinen wesentlichen Effekt auf den Generator. Dank dem kleineren max Moment kann der Motor deutlich kleiner und günstiger sein.
Aus dem gesparten Geld kann man locker ein Getriebe und dessen Wartung finanzieren.
Coole Folge! Ein paar kleine Kommentare kann ich mir nicht verkneifen: Im Stillstand hat die Welle eine Biegebelastung durch das Rotorgewicht. Im Betrieb ist der Rotor dagegen ziemlich ausgeglichen bzw. biegt sogar entgegengesetzt (dafür ist dann Schub auf der Welle von vorne). Das Hauptlager ist in der Regel ein Pendel- oder Kegelrollenlager um den Schub des Rotors aufzunehmen. Man experimentiert auch mit Gleitlagern, bisher aber vor allem im Getriebe da dieses bereits ölgeschmiert ist (und nicht fettgeschmiert wie das Hauptlager).
Die Übersetzung des Getriebes ist (etwa) 1:100 und nicht 1:1.000. Synchrondrehzahl bei 2 Polpaaren: n= f/p; 50 Hz(x60s) / 2; n=1500 U/min an der schnellen Welle, heißt 15 U/min vom Rotor. Die Rotordrehzahl ist durch die Blattspitzengeschwindigkeit begrenzt, da es zu laut wird.
Viele Grüße!
Hi,
danke für die spannende Folge! Nochmal zum Thema Drehzahl von E-Maschinen. Wir arbeiten bei mir in der Firma im weiteren Sinne im Bereich der Elektromobilität und unsere Elektrotechniker haben mir den Zusammenhang “erster Ordnung” ähnlich wie Christian in den Kommentaren zu letzten Folge erklärt: Die Leistung der Maschine ist Drehzahl * Drehmoment. Möchte ich die gleiche Leistung bei weniger Drehzahl und höherem Drehmoment brauche ich mehr magnetisches Feld, dazu höheren Strom in der Spule, und dafür müssen die Kupferquerschnitte der Drähte in der Spule größer werden um nicht zu überhitzen. Das führt zu einem größeren/ schwereren/ teureren Motor.
Es gibt natürlich noch eine Reihe anderer Effekte, die mit in die Design Abwägung einfließen. Z.B. Polpaarzahl wurde in der aktuellen Folge genannt, Drehzahlen lassen sich aus mechanischen gründen nicht beliebig steigern, irgendwann wird in der Spule zu viel Gegenspannung induziert etc…
VG Stefan
Eine Frage, die mich zum Naturstrom noch interessiert hätte wäre gewesen, wie die ~300000 Kunden bei EE-Strom Mangel eigentlich bei Dunkelflauten versorgt werden. Dann dürfte auch am Strommarkt nicht genug “grüner” Strom vorhanden sein den man zukaufen könnte. Schaut man sich die Größenordnungen von Wind- und Solarstromleistung in D an wird klar, dass Biomasseverstromung hier nicht immer einen Ausgleich schaffen können wird. (https://energy-charts.info/charts/power/chart.htm?l=de&c=DE&stacking=stacked_absolute_area)
Wird hier nur der Durchschnitt über einen gewissen Zeitraum bilanziert? Dann fände ich aber das 100% Versprechen etwas kreativ. Ich kann meiner Autoversicherung ja auch nicht sagen, dass ich im nächsten Jahr IM DURCHSCHNITT garantiert mindestens 5m Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern haben werde und ich daher zu 100% keinen Unfall verursachen werde ;-)
VG Stefan
Vorausgeschickt: ich bin absolut für die Nutzung alternativer/regenerativer Energien und finde die Hindernisse, die Solar- und vor allem Windenergieanlagen entgegengebracht wird, schlimm.
Aber wenn ich höre, dass die ganzen Anlagen (sei es im Kleinen die Wärmepumpen auf durchschnittlich 10) und die größeren Anlagen auf 20 max. dreißig Jahre Laufzeit ausgelegt sind und dann ein KOMPLETTER Rück- und Neubau nötig sind, find ich das im Vergleich zu „herkömmlichen“ Kraftwerken schon arg.
Ich komm aus Österreich und da haben wir ja viele Lauf- und Speicherkraftwerke. Und klar wurde über die Jajre die Technik aufgewertet und vermutlich auch effizientere Generatoren eingebaut. Sehr wahrscheinlich wurden auch die Turbinen erneuert, aber das alles mit hoher Sicherheit nicht innerhalb von 20-30 Jahren sondern eher 40 aufwärts. Und die gesamte Infrastruktur (die zugegeben noch aufwändiger ist) steht sowieso noch.
Also insgesamt muss da meiner Meinung nach noch einiges passieren, weil wirklich nachhaltig ist das so nicht
Ja, das stimmt schon. Ich kenne die Ökobilanz in Summe auch nicht, aber mir kam 20-30 Jahre auch relativ kurz vor. Auf der anderen Seite hilft’s halt nix: in vielen Orten in D gibt’s halt keine Berge für Kraftwerke wie in Österreich :-)
Danke Stefan!
Vielen Dank Alexander!!
Danke Heinz!
Interressante Folge!
The one thing I don’t understand is why the entire windmill structure would need to be dismantled after only 30 years. I understand that the blades and transmission wear out. But why would the concrete/metal tower and foundation need to be replaced? That seems a tremendous waste and bad for the environment. It would make much more sense to replace just the blades and generator. And optionally the electrical transformers.
Most other towers (e.g. TV transmission) are much older than 30 years and still standing just fine. The Eiffel tower is standing for 135 years already, even though it was designed to be temporary.
Mit feundliche Grusse,
Patrick
San Francisco, CA
Noch eine Ergänzung zu den Thema Getriebe und Drehzahlen. Ich stimme Heinz und Stefan 100% zu.
Die elektrische Maschine der Windkraftanlage hat 3 Wicklungen. Eine im Rotor und zwei im Stator. Davon ist eine Statorwicklung direkt an den Traffo angeschlossen. Die Hauparbeit geht über diese Wicklung. Daher muss auch der Rotor auf eine Drehzahl gebracht werden die in der Nähe der Synchrondrehzahl liegt.
Die andere Statorwicklung ist mit dem Umrichter verbunden. Durch diesen Umrichter wird die Elektrische Maschine auch bei kleineren Drehzahlen im Generatorbetrieb gehalten.
Allerdings muss der Umrichter mehr leisten wenn die Drehzahl stärker von der Synchrondrehzahl abweicht. Daher die Grenzen.
Man baut das so aufwändig weil der Umrichter kleiner ausfällt als bei einer Anlange die den gesamte Maschinenleistung erst gleich, und dann wieder Wechselrichtet um auf die Netzfrequenz zu kommen.
Das ist alles etwas grob. Aber Ich kann es nicht besser erklären ohne ausschweifend zu werden.
@Patrick Groeneveld
These Windmills are not replaced 1:1.
Newer Windmills have more Power. To get more power they have to be higher (more speed of Wind) and have longer blades(More area for harvesting).
A Taller Tower means more torque to withstand. A Turbine with more power produces more force which increases the torque a the bottom. So we need a stronger and taller tower and lager foundation.
Toller Themenmix.
Man hätte noch fragen können, wieviel Überbauung Naturstrom mit seinen Erfahrungen vorhersieht (Klaskugel)? Viel Überbau, braucht ja auch viel Verteilnetz und da hapert es ja.
Ach ja, die Tags fehlen dieser Sendung auch noch. Ich finde die Themenseite ja extrem nützlich!
Danke!