Alleinstellungsmerkmale maxcap
- Glättungseffekt
- Hohe Vollaststundenzahl führt zu hoher Grundlastfähigkeit
- Reduzierter Speicherbedarf
- Bessere Nutzung der vorhandenen Netzinfrastruktur
- Reduzierte Residuallast
- Kostenreduktion
- Optimierte Nutzung von verfügbaren Flächen
- Anpassung an Standorte mit begrenzter Fläche oder naher Bebauung
- Optimierung des Kriteriums optisch bedrängende Wirkung (2,5-fach bis 3-fache Gesamthöhe)
- Verbesserter Parkwirkungsgrad
- Frühzeitiges Abregeln der WEAs, in erster Reihe eines Windparks ermöglicht einen verbesserten Betrieb der WEA im Nachlauf, d.h. Verschattungseffekte werden reduziert. Parkwirkungsgrade können standortspezifisch um xx% verbessert werden.
- Hier kommen noch Ergebnisse von Dennis
- Genauere Kurz- und Langzeitprognose – verbesserte Direktvermarktung
- Die verringerte Volatilität der Stromerzeugung der maxcap WEA erhöht die Prognosegenauigkeit für die erwartete Energieproduktion. So die Energie an Intraday-, Spot- und Regelenergiemärkten deutlich besser vermarkten.
- Für Investoren erhöht sich die Planungssicherheit, da die reduzierte Fluktuation insbesondere in windschwachen Jahren deutlich weniger zu Buche schlägt.
Reduzierte Schallemission
- Niedrige Blattspitzengeschwindigkeit
- Serrations zur Verbesserung des Strömungsabrisses an der Blattspitze
- Flexible Betriebsführung auf Basis des optimierten elektrischen Systems
- Zielgröße für Schallemission < 104 dB(A)
- Optimiertes elektrisches Konzept – IPS – Individual Power Supply
- Vollumrichtertechnologie ermöglicht die Erfüllung verschiedenster Netzregularien
- Inselnetzbetrieb auf Basis der netzbildenden Funktionalitäten
- Schwarzstartfähigkeit nach längeren Stillstandszeiten
- Eigenstromversorgung im Trudelbetrieb während Situationen ohne Netz durch IPS
- Bremswiederstände mit großer Kapazität ermöglichen verbesserten Betrieb und individuelle Steuerung
- Besonders robuste Ausführung durch optimiertes Kühlkonzept
- Das robuste Kühlsystem mit einer Zentralpumpe ist mit einer geregelten Wasserkühlung für Getriebe, Generator und Umrichter mit passivem Dachkühler und einer leistungsstarken Wasserheizung für den Kaltstart ausgestattet.
- Ausführung der leistungsführenden Umrichtersysteme in staubdichter und spritzwasser-geschützter Bauart. Durch die Integration eines Luft-Luft-Wärmetauschers wird das Eindringen von Staub, Flüssigkeits- oder anderen korrosiven Partikel vermieden. Ein installiertes Trocknungssystem verhindert die Bildung von Kondensat im Schrank und führt Feuchtigkeit ab.
- Reduzierte Rückbaukosten
- Das Stahlrohrsystem des reduziert die Rückbaukosten deutlich im Vergleich zu einer Lösung mit Betonturm. Betonabriss und Entworgung kostet zirka 100 Euro/m³, bei zirka 400m³ (turmvolumen, heißt zirka 40,000 Euro Kosten), Stahlschrott (350 Euro pro Tonne, heißt bei 300t Stahlrohrturm zirka 100.000 Euro Ertrag)
maxcap Windenergieanlage
Die maxcap 141 ist eine technologisch fortschrittliche Multi-MW-Windkraftanlage (WEA), die sich durch einen sehr hohen Kapazitätsfaktor auszeichnet. Die maxcap 141 erreicht auch an Standorten mit geringer durchschnittlicher Jahreswindgeschwindigkeit (< 6,5 m/s) eine hohe Anzahl an Volllaststunden. Damit soll sie insbesondere für den dezentralen Ausbau der Windenergie eingesetzt werden, um die Stromnetze zu entlasten.
Die Technologie der maxcap 141 basiert im Wesentlichen auf bewährten Systemen namhafter Anbieter, die seit Jahren in der Windindustrie in großen Stückzahlen eingesetzt werden. Bei der Konzeption und Entwicklung der Anlage konnte das windwise-Team auf mehr als 2 Jahrzehnte Erfahrung in Entwicklung, Konstruktion, Produktion und technischem Betrieb von Windenergieanlagen zurückgreifen. Das Ergebnis ist ein marktorientiertes und ausgereiftes Produkt. Viele Komponenten und technische Lösungen in der Windenergie haben sich über die Jahre bewährt und wurden kontinuierlich verbessert, so dass sie mit geringem Aufwand in die maxcap WEA integriert werden konnten. Sensible Komponenten wie Hauptlager, Blattlager oder Umrichtersystem wurden bei der Konstruktion zusätzlich mit besonderer Sorgfalt behandelt, um die Robustheit und Sicherheit über mindestens 25 Betriebsjahre zu erhöhen.
Die maxcap WEA zeichnet sich durch folgende Systeme und Funktionen aus:
- Der 3-Blatt-Rotor ist luv-orientiert, d.h. gegen den Wind ausgerichtet.
- Die WEA ist drehzahlvariabel.
- Die Leistungsregelung erfolgt über eine elektromechanische, individuell gesteuerte Pitchverstellung der Rotorblätter.
- Ein aktives Azimut-System richtet die Gondel nach der aktuellen Windrichtung aus.
Die Rotorlagerung besteht aus einer Hauptwelle und zwei unabhängigen Lagern, einem Kegelrollenlager, das Schub- und Radiallast aufnimmt, und
- a loose bearing that absorbs the resulting radial load component.
- Das Getriebe ist als zwei-stufiges Planetengetriebe ausgeführt. Der Planetenträger der ersten Stufe ist fest mit der Hauptwelle über eine Schrumpfscheibe verspannt. Der Generator ist direkt mit dem Getriebe verbunden.
- The power is converted by a medium-speed, electrically excited synchronous generator and a full conversion system.
- The full conversion system consists of a diode rectifier unit on the generator side and a fully controllable IGBT conversion on the grid side.
- The transformer is located in the back of the nacelle.
- Die Kühlung der Elemente des Energieumwandlungssystems (Getriebe, Generator, Leistungselektronik und zusätzliche elektrische Hardware) erfolgt auf der Basis eines Wasserkühlkreislaufs. Auf dem Dach der Gondel befinden sich dafür passive Luft-Wasser-Wärmetauscher. Der Wasserkreislauf verteilt das gekühlte Medium an die genannten Komponenten der Energiewandlung.
- Die Türme sind als konventionelle Stahlrohrkonstruktion mit Durchmessern < 4,4m ausgeführt. Die Nabenhöhen werden standortspezifisch angepasst.
Technische Daten der maxcap WEA
| 141 |
Rotor Diameter | 141m |
Turbular Steel Tower | 90m – 126m |
Nominal Power | 2,3MW |
Mittlere Auslegungswindgeschwindigkeit | IEC TC S bis zu vaverage < 9m/s |
Lifetime | standortspezifische Lebensdauer > 20 Jahre |
Temperaturbedingungen | -30°C to 45°C |
| 141 |
Rotor diameter | 141m |
Tubular steel tower | 90m – 126m |
Rated power | 2.3MW |
Average design wind speed | IEC TC S up to vaverage < 9m/s |
Lifetime | site specific life-time > 20 years |
Climate conditions | -30°C to 45°C |
Technische Eigenschaften
Grundlastoptimierung
Hohe Vollaststundenzahl und der Glättungseffekt
Die maxcap Windenergieanlage ist optimiert für den Grundlastbetrieb. Aufgrund der Kombination eines außergewöhnlich großen Rotors mit moderater Generatorgröße erreicht die maxcap-Anlage ihre Nennleistung bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten von zirka 8 m/s. So ist gewährleistet, dass die maxcap WEA eine sehr viel höhere Anzahl von Volllaststunden bzw. einen sehr viel höheren Kapazitätsfaktor erreicht als konventionell ausgelegte Windenergieanlagen.
Durch das Erreichen der Nennleistung bei niedrigen Windgeschwindigkeiten wird die Fluktuation der Energieproduktion geglättet, d.h. minimiert. So wird der Bedarf an Netzausbau, Reserveleistung oder Energiespeicherkapazitäten reduziert und die Kosteneinsparung auf Projektebene maximiert.
Die verringerte Volatilität der Stromerzeugung der maxcap WEA erhöht die Prognosegenauigkeit für die erwartete Energieproduktion. So lässt sich die produzierte Energie an Intraday-, Spot- und Regelenergiemärkten deutlich besser vermarkten. Für Investoren erhöht sich die Planungssicherheit, da die reduzierte Fluktuation insbesondere in windschwachen Jahren deutlich weniger zu Buche schlägt.
Genauere Kurz- und Langzeitprognose
Reduzierte strukturelle Belastungen
Aufgrund des frühzeitigen Abregelns der maxcap WEA bei niedrigen Windgeschwindigkeiten wird nicht nur die Energieproduktion geglättet, sondern auch die strukturelle Belastung der WEA verringert. Bei Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit werden die Rotorblätter über das Pitchsystem in Richtung Fahnenposition gedreht. So reduziert sich der Schub auf die Blätter und auf den Turm. Da dieser Betriebspunkt bei deutlich niedrigeren Windgeschwindigkeiten erreicht wird als bei einer konventionell ausgelegten WEA liegt auch das dimensionierende Lastniveau der maxcap WEA entsprechend niedriger.
Insbesondere im Turmdesign wird dies genutzt und die Türme der maxcap WEA sind als kostengünstige konventionelle Stahlrohrtürme mit maximal 4,4m Durchmesser ausgelegt. Dies führt zu erheblichen Einsparungen, besonders im Vergleich zu Systemen in Hybridbauweise mit Betonsockel.
Reduktion der Materialkosten
Reduzierte Rückbaukosten
Durch das Stahlrohrsystem lassen sich auch die Rückbaukosten im Vergleich zu einer Lösung mit Betonturm erheblich reduzieren. Betonabriss und Entsorgung sind dem potenziellen Ertrag für den Stahlschrott des Stahlrohrturmes gegenüber zustellen.
Die dezentrale Installation von Windenergieanlagen in räumlicher Nähe zu den Verbrauchern ermöglicht eine effektive Nutzung der erzeugten Energie. Längere Übertragungswege für die elektrische Energie können so vermieden und kommerziell interessante Eigenstromversorgung kann ermöglicht werden. Die maxcap WEA lässt sich mit einer Gesamthöhe von <180m an vielen Standorten realisieren, an denen größere Multi-MW-WEA aufgrund des Kriteriums „optisch bedrängende Wirkung“ oftmals nicht installiert werden können. Dies Kriterium erfordert meist einen Mindestabstand vom 2,5- bis 3-fachen der Gesamthöhe. So lassen sich Standorte mit begrenzter Fläche oder naher Bebauung optimieren.
Dezentrale Installation und optimierte Flächennutzung
Verbesserter Parkwirkungsgrad
Es ist Aufgabe einer WEA die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie zu wandeln. Dies ist logischerweise mit der Entnahme von Energie aus dem Wind verbunden. WEA in zweiter Reihe eines Windparks stehen im „Windschatten“, im sogenannten Nachlauf der WEA in erster Reihe. In größeren Windparks führt der sogenannte Parkwirkungsrad zu signifikanter Reduktion der Leistung im Vergleich zum nominellen Wert der WEA. Frühzeitiges Abregeln reduziert nicht nur strukturellen Belastungen für die WEA, sondern auch den sogenannten Schub und somit den Anteil der entnommenen Leistung aus dem Wind. WEA im Nachlauf einer WEA, die frühzeitig abregelt können so mehr Energie ernten. Parkwirkungsgrade können auf diese Weise standortspezifisch um zirka 1,5% – 3% verbessert werden.
Die maxcap WEA wird mit geringer Drehzahl und somit niedriger Blattspitzengeschwindigkeit betrieben, um die Geräuschemissionen der WEA zu verringern. In Kombination mit sogenannten Serrations an der Blattspitze, die zur Verbesserung des Strömungsabrisses führen, kann die Schallemission so signifikant reduziert werden. Diese Serrations haben keinen Einfluss auf Leistungs- oder Schubkurve der WEA. Sie sind nur zur Optimierung des Strömungsabrisses und damit zur Reduktion vorgesehen.
Die Schallemission im normalen Betrieb der WEA liegt bei < 104 dB(A). Es gibt zusätzliche Betriebsmodi, in denen die Schallemission weiter reduziert werden können. Diese können standort- und uhrzeitspezifisch ausgewählt werden.
Reduzierte Schallemission
Optimiertes elektrisches Konzept
IPS – Individual Power Supply
Flexible Betriebsführung auf Basis des optimierten elektrischen Systems
Die Leistung der maxcap WEA wird über einen Vollumrichter an die Frequenz und Spannungsanforderungen des elektrischen Netzes angepasst. Die „Netzseite“ des Vollumrichters ist mit IGBT-Halbleitern aufgebaut. Dieser ermöglichen mit optimierter Regelung die Erfüllung verschiedenster Netzregularien. Der Generator ist als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgeführt. Diese wird über eine sogenannte Erregermaschine geregelt, weshalb der Der generatorseitige Umrichter ist als passiver Dioden-Gleichrichter ausgeführt werden kann und keine Regelungsaufgaben zu übernehmen braucht. Diese Diodenbauteile sind erheblich robuster als IGBT-Halbleiter und verbessern den elektrischen Gesamt-Wirkungsgrad des Umrichters um zirka 1%.
Das Umrichtersystem ist aufgrund modularer Bauweise und entsprechender Steuerung in der Lage, auch bei geringer Windgeschwindigkeit oder im Trudelbetrieb genug Energie für die Eigenstromversorgung der WEA zu erzeugen. So können Situationen ohne Netz überbrückt werden. Diese Funktionalität wird IPS (Individual Power Supply) genannt.
Bremswiederstände im Zwischenkreis des Umrichters mit großer Kapazität ermöglichen den verbesserten Betrieb der WEA und eine sehr individuelle Steuerung an schwachen Netzen oder in Kombination mit speziellen Anwendungen wie Elektrolyse-Einheiten oder beispielsweise Meerwasserentsalzungsanlagen.
Durch Kombination dieser Funktionalitäten und der netzbildenden Kapazität des netzseigen Umrichters kann die maxcap WEA im Inselnetz betrieben werden.
Das Kühlkonzept ist besonders robust auf Wasserbasis ausgeführt. Eine Zentralpumpe regelt die Wasserkühlung für Getriebe, Generator, Umrichter und Transformator in Kombination mit einem passivem Dachkühler und einer leistungsstarken Wasserheizung für eventuelle Kaltstart-Situationen. An die Wasserkreislauf kühlt über einen Plattenwärmetauscher die Öl-Kühlung und Schmierung des Hauptgetriebes. Der Generator wird über eine Mantelkühlung mit innerer Luftzirkulation gekühlt. Die leistungsführenden Elemente des Umrichters sind auf entsprechenden wasserdurchströmten Kühlkörpern montiert. Die Kühlung des geschlossenen Traforaumes erfolgt über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher.
Die leistungsführenden Umrichtersysteme sind zusätzlich in staubdichter und spritzwasser-geschützter Bauart ausgeführt. Durch die Integration eines Luft-Luft-Wärmetauschers wird das Eindringen von Staub, Flüssigkeits- oder anderen korrosiven Partikel vermieden. Ein installiertes Trocknungssystem verhindert die Bildung von Kondensat im Schrank und führt Feuchtigkeit ab.