Stallregelung

Die Stallregelung ist ein Prinzip zur Leistungsregelung einer Windkraftanlage. Die Leistung einer Windkraftanlage muss nach dem Erreichen der Nennleistung abgeregelt werden, um eine mechanische Zerstörung der Anlage sowie eine thermische Überlastung zu verhindern.

Bei der Stallregelung wird die Leistung der Windkraftanlage in der Regel passiv geregelt. Im Vergleich zur Pitchregelung sind die Rotorblätter nicht verstellbar und weisen somit zu jedem Zeitpunkt denselben Blatteinstellwinkel auf. Eine Grundbedingung der Stallregelung ist eine konstante Rotordrehzahl. Dies ist bei Verwendung eines Synchron- oder Asynchrongenerators dadurch gesichert, dass die Generatordrehzahl aufgrund der direkten Kopplung der Netzfrequenz entspricht. In Europa beträgt die Netzfrequenz 50 Hertz mit einem Toleranzbereich von 0,2 Hertz.

Wenn die Windgeschwindigkeit bei konstanter Umfangsgeschwindigkeit zunimmt, erhöht sich der Anstellwinkel. Unterhalb der Nennleistung ist der Anstellwinkel klein, sodass eine gleichförmige, sogenannte laminare Strömung am Rotorblatt anliegt. Der zur Energieerzeugung benötigte Auftrieb wird gewährleistet und die Leistung steigt mit der Windgeschwindigkeit an. Oberhalb der Nennleistung wird der Anstellwinkel so groß, dass die Strömung auf der Oberseite des Flügelprofils beginnt abzureißen. Aufgrund der Strömungsablösung wird der Auftrieb verringert und die Leistung nimmt ab. Der Strömungsabriss wird wie im englischen auch als Stall bezeichnet.

Die Vorteile der Stallregelung liegen vor allem in der zuverlässigen Leistungsbegrenzung und dem geringen technischen Aufwand. Beispielsweise kann auf das sonst vorgeschriebene zweite Bremssystem verzichtet werden. Nachteilig wirken sich die hohen mechanischen Belastungen auf die Rotorblätter und die Schallemissionen beim Strömungsabriss aus. Zudem weist die passive Stallregelung eine Trägheit bei böigen Windverhältnissen auf, bei der es zu Leistungsspitzen kommt, die nicht direkt durch die passive Stallregelung reduziert werden können. Bei einer konstanten Rotordrehzahl führt dies zu einem erhöhten Drehmoment im Antriebsstrang. Bei größeren Anlagen mit Nennleistungen im Megawattbereich können diese Leistungsspitzen über eine aktive Stallregelung begrenzt werden. Hierbei wird der Stalleffekt über eine aktive Verstellung der Rotorblätter erreicht. Diese Verstellung erhöht den Blatteinstellwinkel und führt zur Strömungsablösung am Rotorblatt.

Aufgrund der eingeschränkten Regelbarkeit und der genannten Nachteile werden bei modernen Windkraftanlagen aktive Pitchregelungen verwendet. Im Gegensatz zur aktiven Stallregelung wird bei der Pitchregelung der Blatteinstellwinkel zu niedrigeren Winkel verändert.

Englische Übersetzung(en):

stall control system