Schutzeinrichtungen einer Windkraftanlage

Schutzeinrichtungen einer Windkraftanlage vermeiden Schäden, die durch gewöhnliche sowie außerordentliche Wetterereignisse das Material und die Technik einer Windkraftanlage belasten. Ohne Schutzeinrichtungen würden beispielsweise ein Blitzeinschlag, Eisbildung an den Rotorblättern oder das Überhitzen des Generators zu einem Ausfall der Windkraftanlage führen.

Für einige Wetterphänomene und Schutzeinrichtungen existieren individuelle Regelwerke wie zum Beispiel die IEC 61400-24 für das Blitzschutzsystem einer Windkraftanlage. Der Blitzeinschlag tritt häufig im Bereich der Rotorblattspitze auf, wodurch diese speziellen Anforderungen standhalten muss. Das Blitzschutzsystem einer Windkraftanlage besteht aus ca. 5 cm großen Rezeptoren, die an der Rotorblattspitze angebracht sind. Trifft ein Blitz auf den Rezeptor, wird der Strom über metallische Leiter zur Rotornabe weitergeleitet. Von dort wird der Strom über metallische Bänder vom Maschinenträger zum Turm weitergeführt und ins Erdreich abgeleitet. Hierbei müssen vor allem die Anlagenkomponenten in der Gondel vor einem Überschlagen der Blitzströme geschützt werden, da diese Ströme bis zu 100 kA betragen können.

Ein weiteres Wetterphänomen ist die Eisbildung an Rotorblättern. Diese führt dazu, dass die Aerodynamik des Rotors beeinflusst wird und die Leistungsausbeute sinkt. Zudem besteht die Gefahr im Umfeld der Anlage durch abgeworfene Eisbrocken getroffen zu werden. Um die Eisbildung zu minimieren werden Rotorblätter häufig mit Rotorblattheizungen ausgestattet. Diese funktionieren beispielsweise über elektrische Heizelemente oder Heißluft, die in das Innere des Rotorblattes geblasen wird. Des Weiteren werden Eiswarnsysteme eingesetzt, diese schalten die Anlage bei einer günstigen Wetterlage für Eisbildung ab.

Neben den genannten Gefahren besteht durch die Abwärme von Getriebe und Generator die Gefahr von Bränden oder Beschädigungen der Anlagenkomponenten im Maschinenhaus. Um Überhitzungen zu vermeiden werden Lüftungssysteme im Maschinenhaus verbaut, die die entstehende Wärme an die Umgebung abgeben und das Maschinenhaus kühlen. Zusätzlich werden weitere Kühlkreisläufe eingesetzt, um Anlagenkomponenten wie Getriebe und Generator gesondert zu kühlen. Trotz aller Brandschutzvorkehrungen werden häufig zusätzlich Brandmeldeanlagen und Löschvorrichtungen installiert. Niedrige Temperaturen in den Wintermonaten nach längeren Stillstandzeiten können sich für die Elektrik und die Schmieröle allerdings ebenfalls als problematisch herausstellen. Um dennoch ein sicheres Anlaufen der Windkraftanlage zu gewährleisten, werden Heizungen eingebaut, die das Getriebeöl und die Schaltschränke temperieren.

Eine weitere Schutzeinrichtung für Windkraftanlagen stellt die Leistungsregelung dar. Diese kann beispielsweise durch eine Pitchregelung ausgeführt werden. Bei zu großen Windgeschwindigkeiten wird die Leistung der Windkraftanlage reduziert, indem die Rotorblätter in eine aeordynamisch ungünstige Position gestellt werden. So werden der Triebstrang und besonders der Generator vor Überbelastung geschützt. Des Weiteren werden elektronische Sicherungen installiert. Diese unterbrechen die Stromkreisläufe der Windkraftanlagen bei Überlastung und für Wartungsarbeiten.

Englische Übersetzung(en):

safety device of a wind power plant