05.03.2015

N131/3000 – Nordex Multi-MW Technologie der Generation Delta für das Binnenland

Ein Fachartikel aus dem Windmesse Technik-Symposium Review 2014.

Höhere Erträge reduzieren Stromgestehungskosten

Mit den Windturbinen der Generation Delta hat Nordex das vorrangige Ziel erreicht, die Stromgestehungskosten weiter zu senken. Die Anlagen sind technisch so ausgelegt, dass je Windklasse deutlich größere Rotoren eingesetzt werden und zugleich die Leistungen der jeweiligen Windturbinen im Vergleich zur vorangegangenen Generation angehoben wurden. Größere Nabenhöhen erbringen weitere Ertragssteigerungen und ermöglichen die Erschließung von Standorten mit komplexer Topographie.

Die N131/3000 als jüngste Windenergieanlage der Nordex 3MW-Plattform ist gezielt auf niedrige Windgeschwindigkeiten ausgelegt und hat mit 3,0 MW eine um 25% höhere Nennleistung als das Nordex-Vorgängermodell N117/2400. Trotz dieser Leistungssteigerung liegen die Schallemissionswerte bei Nennleistung bei maximal 104,5 dB (A). Damit ist die N131/3000 besonders an Standorten geeignet, bei denen im Zuge des Genehmigungsverfahrens erhöhte Anforderungen bezüglich des Schalls gestellt werden. Durch den geringen Schallleistungspegel unterschreitet die Anlage bereits auf 1.000 m Abstand zum Immissionspunkt deutlich den Richtwert von 35 dB(A), der gemäß der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (kurz: TA Lärm) z.B. nachts für reine Wohngebiete einzuhalten ist.

Der Rotordurchmesser ist mit 131 Metern um 14 m vergrößert. Dies ergibt einen Zuwachs an überstrichener Rotorfläche von 25,8%. Somit ist die N131/3000 mit ihrer geringen Leistungsdichte von 222,6 W/m2 eine im Wettbewerbsvergleich besonders effiziente und ertragsstarke Anlage für Schwachwindstandorte der Windklasse IEC 3 bzw. DIBt 2. Im Windparkverbund kommt ein weiterer Vorteil zum Tragen: Die Anlagen können flexibler gestellt werden, da trotz größerem Rotor die Schubbeiwerte gering sind. Dadurch erzielt die N131/3000 geringere Nachlaufverluste, was dazu führt, dass sich mehrere Anlagen weniger gegenseitig beeinflussen. Es kann ein kompakteres Windparklayout umgesetzt werden.

Spezifische Leistung im Multi-MW Schwachwindsegment

Bewährte Technologie durch Kontinuität im elektrischen System und erprobtes Triebstrangkonzept

Die Generation Delta baut auf dem bewährten Maschinenbaukonzept der Nordex-Vorgängergenerationen auf und profitiert von den technisch ausgereiften und erprobten Lösungen, die mittlerweile seit über einem Jahrzehnt im Feld getestet sind. Seit Einführung des Multi-Megawatt-Konzepts bei Nordex bildet das elektrische System mit einem doppel gespeisten Asynchrongenerator und Teilumrichter die Grundlage für die Umwandlung der Windenergie in mechanische und letztlich in elektrische Energie. Das Konzept liefert zwei wesentliche Merkmale: Kostenvorteile in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit des Asynchrongenerators in Gegenüberstellung zur Synchronmaschine und ein höherer Gesamtwirkungsgrad des Teilumrichters im Vergleich zum Vollumrichter. Von der stetigen Preissteigerung der Permanentmagneten mit teuren Seltenen Erden wie z.B. Neodym oder Dysprosium ist Nordex durch die Wahl des induktiven Generators nicht betroffen.

Schematische Darstellung des Maschinenhauses und der Rotornabe der Nordex Generation Delta

Das Triebstrangkonzept beruht auf der aufgelösten Bauweise mit Dreipunktlagerung. Rotorwelle und Getriebe werden dabei von drei Punkten unterstützt: Das vordere Rotorlager bildet die Einheit des Festlagers und nimmt neben den am Rotor auftretenden Querkräften sicher den Rotorschub auf. Die Steglagerung im Getriebe funktioniert bei diesem Konzept auch als erforderliche Loslagerung. Die am Rotor aus dem wechselnden Wind auftretenden Momente werden als Querkräfte an der Loslagerung über die Drehmomentstütze des Getriebes in den Maschinenträger eingeleitet. Die Geometrie reduziert die auf die einzelnen Komponenten einwirkenden Kräfte und entlastet dadurch verstärkt die robuste Rotorlagerung. Zudem kann der Triebstrang separat vormontiert werden.

Nächste Evolutionsstufe – Generation Delta Merkmale

Mit Verbesserungen bezüglich der Zuverlässigkeit der Anlagen, der Service-Freundlichkeit und Arbeitssicherheit sowie der Nordex internen Entwicklung des neuen Blattdesigns des NR65.5 setzt die Generation Delta neue Maßstäbe. Die Blattwurzelsektion ist ertragsoptimiert, indem die maximale Blatttiefe weiter in Richtung Blattwurzel gezogen wurde. Niedrige Schallleistungswerte, wie sie die N131/3000 aufweist, werden mitunter durch die aero-akustische Designoptimierung besonders in der Blattspitzensektion und dem Einsatz von verbesserten aerodynamischen Blattprofilen erreicht. Zudem setzt Nordex, wie schon bei der Eigenentwicklung des NR58.5, weiter auf ein schlankes Design, um Lasten zu begrenzen und Nachlaufverluste, die im Windparkgefüge auftreten, zu minimieren. Ein kompakteres Layout der Windturbinen wird dadurch ermöglicht.

Evolution der Nordex Rotorblätter

Ein wichtiger Fokus bei der Entwicklung der jetzigen Generation lag darauf, die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Erzielt wurde das unter anderem durch den Einsatz einer fortschrittlichen Steuerungsinfrastruktur. Die direktere Integration sämtlicher Sensoren und Aktuatoren in das Netzwerk verbessert die Systemzuverlässigkeit und ermöglicht umfassende Diagnosen. Zudem wurde die Geschwindigkeit des anlageninternen Datenverkehrs deutlich maximiert. Der Schleifring, der von der Rotornabe in das Maschinenhaus gewandert ist, arbeitet mit optischer Datenübertragung, um steigende Datenvolumen auf hoher Bandbreite störungsfrei zu transferieren. Das passive Kühlungssystem, welches auf dem Dach des Maschinenhauses installiert ist, arbeitet zuverlässig und reduziert den Eigenstrombedarf der Anlage. Beim eingesetzten kombinierten Öl-Wasserkühlkreislauf befindet sich die geschlossene Ölzirkulation am Getriebe im Innern des Maschinenhauses. Durch einen (Platten-)Wärmetauscher wird das Getriebeöl vom Wasserkreislauf gekühlt und die (Rück-)Kühlung des Kühlwassers erfolgt durch einen Luft-Wasserwärmetauscher auf dem Dach des Maschinenhauses.

Erhöhte Servicefreundlichkeit und Arbeitssicherheit konnten durch verschiedenste Verbesserungen im Anlagendesign umgesetzt werden. Der geschützte Nabenzugang durch die komplette Verkleidung der Rotornabe ermöglicht den wetterunabhängigen, ganzjährigen Einstieg in die Nabe. Diese konstruktive Entwicklung kommt insbesondere in den kalten Klimaregionen zum Tragen, wo ein Einsteigen in die Nabe aufgrund von Kälte und Eis erhöhte Risiken birgt. Sicheres und vor allem ergonomisches Arbeiten wird innerhalb des Maschinenhauses durch verbreitete Arbeits- und Rettungsebenen ermöglicht. Alle Systeme sind zur Wartung leicht zugänglich und das Wartungsintervall konnte auf einen jährlichen Zyklus reduziert werden.

Technische Daten der Nordex Turbinen Generation Delta (*IEC 3a)

In Summe setzt Nordex mit dem Portfolio der Generation Delta auf bewährte Technik mit gezielten Weiterentwicklungen und bietet durch die Plattformstrategie Turbinen in allen drei Windsegmenten an. Die Windenergieanlagen bauen auf demselben Maschinenhauskonzept auf und unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch Rotorblattgröße, Triebstrangauslegung und Turmvarianten, um jeweils die optimalen Erträge aus den vorherrschenden Windverhältnissen am Standort zu generieren. Die für schwache Windregionen ausgelegte N131/3000 kommt mit ihrer Effizienz aus Rotorfläche zu Generatorleistung auf mehr als 3.500 Volllaststunden an einem Standort mit mittleren Windgeschwindigkeiten von 7,5 m/s.