7. Anlagenbeschreibung NORDEX N117/2400 (120m Nabenhöhe)

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1 Windpark Linnich-Boslar BimSchG-Antrag 7. Anlagenbeschreibung NORDEX N117/2400 (120m Nabenhöhe) 7.1 Produktbeschreibung, Farbgebung, Reflexionsgrad 7.2 Transformationssystem, Zeichnung und Beschreibung 7.3 Gefahrenbefeuerung Nacht / Tag 7.4 Umweltauswirkungen einer Windenergieanlage 7.5 Techn. Beschreibung Befahranlage

2 Vertriebsdokument Anlagenklasse K08 gamma Typ:N117/2400 Technische Beschreibung K0801_030079_DE Revision 03 / Originalbetriebsanleitung - Dokument wird elektronisch verteilt. Original mit Unterschriften bei Nordex Energy GmbH, Department Central Engineering by Nordex Energy GmbH

3 Technische Änderungen Dieses Dokument wurde mit größter Sorgfalt und unter Berücksichtigung der aktuell gültigen Normen angefertigt. Trotzdem können durch stetige Weiterentwicklungen Abbildungen, Funktionsschritte und technische Daten geringfügig abweichen. Copyright Copyright 2012 by Nordex Energy GmbH. Dieses Dokument, einschließlich seiner Darstellung und seines Inhalts ist geistiges Eigentum der Nordex Energy GmbH. Jegliche Weitergabe, Vervielfältigung oder Übersetzung dieses Dokuments oder Teilen davon in gedruckter, handschriftlicher oder elektronischer Form ohne ausdrückliche Zustimmung durch die Nordex Energy GmbH sind ausdrücklich untersagt. Alle Rechte vorbehalten. Kontakt Bei Fragen zu dieser Dokumentation wenden Sie sich bitte an: Nordex Energy GmbH Langenhorner Chaussee Hamburg Germany by Nordex Energy GmbH

4 Inhaltsverzeichnis Revision 03 / Technische Beschreibung Technische Konzeption Klimatische Entwurfsdaten Energieflussdiagramm einer Windenergieanlage Aufbau der Windenergieanlage Rotor Rotornabe Rotorblatt Pitchsystem Triebstrang Rotorwelle Getriebe Kupplung Generator Bremsen Windnachführung (Azimutsystem) Turm und Fundament Hilfssysteme Kühlung und Filtration Getriebekühlung Generatorkühlung Umrichterkühlung Hydraulisches System Schmiersysteme Klimatisierung Heizungen Bordkrane Befahranlage Steuerung und Sicherheit Anlagensteuerung Sicherheitssysteme Sicherheitseinrichtungen Blitzschutz Elektrische Anlage Generator und Umrichter Netzform Mittelspannungstransformator und Mittelspannungsschaltanlage Verkabelung Erdung Netzanbindung Netzüberwachung Eigenbedarf der Windenergieanlage Kommunikation Betriebsführung K0801_030079_DE Seite 3 von 44

5 Revision 03 / Inhaltsverzeichnis Betriebsführung der Windenergieanlage Betriebsführung des Windparks Zusätzliche Hinweise Besondere Betriebszustände und Betriebsweisen Farbgebung der Außenkomponenten Reflexionsgrad Technische Daten Änderungsindex Seite 4 von 44 K0801_030079_DE

6 Vertriebsdokument Revision 03 / Technische Beschreibung 1.1 Technische Konzeption Die Windenergieanlage Nordex N117/2400 ist eine drehzahlvariable Windenergieanlage mit einem Rotordurchmesser von 116,8 m und einer Nennleistung von kw. Sie wird in den Varianten für 50 Hz und 60 Hz angeboten. Die Maschine und die Rotorblätter sind für die Klasse 3a gemäß IEC ausgelegt. Die Windenergieanlage ist eine Weiterentwicklung der bewährten Anlagenfamilie Nordex N80/2500, N90/2500 und N100/2500. Windenergieanlagen werden u. a. aus wirtschaftlichen und technischen Gründen in Windparks zusammengefasst und als eine Einheit betrieben. Zusätzlich sind oftmals Wettermasten und ein Umspannwerk ein Teil des Windparks. Abhängig von der Topologie des Geländes wird ein Windparklayout erstellt, das ein Optimum zwischen minimalen Investitionen, maximalem Ertrag und minimierten Lasten aus Turbulenzen anstrebt. Dieses Windparklayout muss im Vorfeld mit Nordex abgestimmt werden, um die Sicherheit der Windenergieanlagen nicht zu gefährden Klimatische Entwurfsdaten Turm, Maschinenhaus und Rotorblätter sind nach nationalen und internationalen Standards für Windenergieanlagen ausgelegt und zertifiziert. Umgebungstemperaturen Standard: - Überleben: -20 ºC +50 ºC - Nennleistung: -10 ºC +40 ºC - Stopp: -10 C, Wiederanlauf bei -8 C Umgebungstemperaturen CCV: - Überleben: -40 ºC +50 ºC - Nennleistung: -30 ºC +40 ºC, siehe "Besondere Betriebszustände und Betriebsweisen" Seite 35 - Stopp: -30 C, Wiederanlauf bei -28 C Die Windenergieanlage ist elektrotechnisch für Standorte in Höhen bis 1000 m ausgelegt. Die Umgebungstemperatur für die Auslegung der Windenergieanlage bezieht sich auf übliche meteorologische Messungen (2 m Höhe über Grund im Schatten). Die für die Steuerung relevante Umgebungstemperatur wird außerhalb des Maschinenhauses auf Nabenhöhe gemessen. Technische Konzeption K0801_030079_DE Seite 5 von 44

7 Revision 03 / Vertriebsdokument Energieflussdiagramm einer Windenergieanlage Seite 6 von 44 K0801_030079_DE Technische Konzeption

8 Vertriebsdokument Revision 03 / Aufbau der Windenergieanlage Eine Windenergieanlage besteht aus folgenden Hauptbestandteilen: Rotor, bestehend aus Rotornabe, drei Rotorblättern und dem Pitchsystem Maschinenhaus mit Triebstrang, Generator und Azimutsystem Rohrturm mit Fundament Transformator und Mittelspannungsschaltanlage Abb. 1 Hauptbestandteile einer Windenergieanlage 1 Rotor 2 Maschinenhaus 3 Turm 4 Fundament 5 Transformatorstation (optional) Für jede Nabenhöhe steht eine separate Übersichtszeichnung mit den wichtigsten Abmessungen zur Verfügung. Technische Konzeption K0801_030079_DE Seite 7 von 44

9 Revision 03 / Vertriebsdokument Funktionsprinzip einer Windenergieanlage Das Maschinenhaus mit dem Rotor ist auf dem Turm drehbar gelagert. Seine Ausrichtung wird von der Steuerung mit Hilfe des Azimutsystems automatisch an die jeweils vorherrschende Windrichtung angepasst. Der Rotor ist als Luv- Läufer ausgelegt. Die Umwandlung der vom Rotor aufgenommenen Windenergie in elektrische Energie erfolgt mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator. Sein Stator ist direkt und der Rotor über einen speziell gesteuerten Frequenzumrichter mit dem Windparknetz verbunden. Das hat den wesentlichen Vorteil, dass einerseits der Frequenzumrichter nur auf ca. 30 % der Generatorleistung ausgelegt werden muss und andererseits der Generator in einem gewissen Drehzahlbereich um seine Synchrondrehzahl betrieben werden kann. Die Leistungsbegrenzung erfolgt durch die Änderung des Anstellwinkels der Rotorblätter. Das so genannte Pitchsystem besteht aus drei unabhängigen Steuerungen und Antrieben, eins für jedes Rotorblatt. Die Tragstruktur des Maschinenhauses besteht aus einem gegossenen Maschinenträger, einem geschweißten Generatorträger und einem Stahltragwerk als Laufbahn für den Bordkran. Das Stahltragwerk dient gleichzeitig zur Aufnahme der Maschinenhausverkleidung. Die Maschinenhausverkleidung besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Der Innenraum ist so großzügig gestaltet, dass für alle Arbeiten das Dach geschlossen bleiben kann. Es gibt mehrere Dachluken, die Zugang zur Rotornabe oder zu den Dachaufbauten gewähren. Auf dem Dach befinden sich das redundant ausgelegte Windmesssystem und optional die Gefahrenfeuer zur Tages- und Nachtkennzeichnung. Schnitt Maschinenhaus Das Maschinenhaus beinhaltet wesentliche mechanische und elektronische Komponenten einer Windenergieanlage. Seite 8 von 44 K0801_030079_DE Technische Konzeption

10 Vertriebsdokument Revision 03 / Abb. 2 Übersichtszeichnung Maschinenhaus 1 Blitzfänger 2 Windmessgeräte 3 Wärmetauscher 4 Generator 5 Kupplung 6 Rotorbremse 7 Getriebe 8 Getriebeauflager 9 Rotorwelle 10 Rotorlager 11 Pitchdrehverbindung 12 Pitchantrieb 13 Rotorblatt 14 Rotornabe 15 Hydraulikaggregat 16 Azimutantrieb 17 Azimutbremsen 18 Azimutdrehverbindung 19 Maschinenträger 20 Kühlwasserpumpe 21 Luke für Bordkran 22 Kabine Technische Konzeption K0801_030079_DE Seite 9 von 44

11 Revision 03 / Vertriebsdokument Schnitt Turmfuß Dieser Schnitt durch die unterste Turmsektion zeigt schematisch die wesentlichen Komponenten im Turmfuß Abb. 3 Schnitt durch den Turmfuß, Variante mit separater Transformatorstation 1 Erdaufschüttung 2 Turmverankerung 3 Treppe 4 Turmtür 5 Lüftung/Kühlung 6 Stromkabel 7 2. Turmplattform 8 Schaltschrank 9 1. Turmplattform 10 Transformatorstation 11 Leerrohre Dieser Schnitt durch die unterste Turmsektion zeigt schematisch die Option des Turmfußes mit Transformator im Turm. Seite 10 von 44 K0801_030079_DE Technische Konzeption

12 Vertriebsdokument Revision 03 / Abb. 4 Schnitt durch den Turmfuß, Variante mit Transformator im Turm 1 Erdaufschüttung 2 Turmverankerung 3 Treppe 4 Turmtür 5 Lüftung/Kühlung 6 Stromkabel 7 Schaltschrank 8 2. Turmplattform 9 Mittelspannungsschaltanlage Turmplattform 11 Transformator 12 Leerrohre 1.2 Rotor Die kinetische Energie des Windes wird von den Rotorblättern über die Rotornabe auf den Triebstrang übertragen. Die Windenergie wird in eine Rotationsbewegung umgewandelt. Mit einem Rotordurchmesser von knapp 117 m ist die N117/2400 optimal für Binnenlandstandorte ausgelegt. Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern, einer Rotornabe, drei Drehverbindungen und drei Pitchantrieben zur Blattverstellung. Die Rotorblätter sind in Mischbauweise aus hochwertigem glasfaserverstärktem und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (GFK und CFK) hergestellt. Sie sind Rotor K0801_030079_DE Seite 11 von 44

13 Revision 03 / Vertriebsdokument mit einem Blitzschutzsystem mit mehreren Blitzrezeptoren ausgestattet, das den Blitz zur Rotornabe hin ableitet. Das Pitchsystem bewegt die Rotorblätter in die von der Steuerung vorgegebenen Positionen. Jedes Rotorblatt wird separat gesteuert und angetrieben. Das Pitchsystem ist die Hauptbremse der Windenergieanlage. Zum Bremsen werden die Rotorblätter um 90 gedreht. So wird der Auftrieb unterbrochen und gleichzeitig entsteht ein sehr großer Luftwiderstand, der den Rotor bremst (aerodynamische Bremse) Rotornabe Die Rotornabe ist eine modular aufgebaute und steife Gusskonstruktion. Der Grundkörper der Rotornabe wird durch ein Pitchversteifungselement ergänzt, dass alle Komponenten des Pitchantriebes aufnimmt. Darauf werden die Pitchdrehverbindung und das Rotorblatt montiert. Für die Rotorblätter der N117 wird zusätzlich ein Blattversteifungsring montiert Abb. 5 Aufbau der Rotornabe 1 Grundkörper Rotornabe 2 Pitchversteifungselement 3 Blattversteifungsring (nur bei N100/2500 und N117/2400) Der Zugang zur Rotornabe geschieht durch eine verschließbare Öffnung, die vom Dach des Maschinenhaus direkt erreichbar ist. Seite 12 von 44 K0801_030079_DE Rotor

14 Vertriebsdokument Revision 03 / Abb. 6 Einstieg in die Rotornabe Die Rotornabe ist sehr geräumig, da der Schleifring in der Rotorwelle integriert ist. Durch die transparente Öffnung nach vorne hin kann Tageslicht in die Rotornabe fallen. Alle Trittflächen sind rutschfest ausgeführt Rotorblatt Die in einer Form vorbereiteten Schichten der Glasfasern und Kohlenstofffasern werden in einem Vakuum-Infusions-Prozess mit Epoxidharz getränkt. So entsteht ein qualitativ hochwertiger faserverstärkter Kunststoff. Ein Rotorblatt wird aus zwei Hälften verklebt. Das Kernmaterial der Mehrschichtkonstruktion besteht aus Balsaholz und PET-Schaum. Träger in Längsrichtung verstärken die Rotorblattstruktur. Diese Träger bestehen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Die Rotorblattwurzel wird mit einer Platte verschlossen. Ein Mannloch erlaubt den Zugang in das Blattinnere. Eine Platte verschließt das Mannloch. Rotor K0801_030079_DE Seite 13 von 44

15 Revision 03 / Vertriebsdokument Abb. 7 Blattwurzel und Rotorblatt Das aerodynamische Profil für die Rotorblätter ist wenig empfindlich gegen Schmutz und Eis und vermindert daher Leistungsverluste. Zusätzlich besitzt das Profil eine Geometrie, die bei dem kritischen Prozess der Verklebung der Endkante Vorteile bringt. Das Rotorblatt wurde gemäß der Richtlinien IEC TS und GL IV-1 (2004) statisch und dynamisch mit Lasten getestet, die jenseits der Auslegungsvorgaben lagen. Das Material wird regelmäßig umfangreichen Tests unterzogen. Diese intensiven Testprogramme sichern die Haltbarkeit und Festigkeit der Rotorblätter über die gesamt Lebensdauer. Jedes Rotorblatt ist mit einer Aluminiumspitze ausgestattet, die den Blitzstrom über ein Kupfernetz in die Rotornabe ableitet. Die Kohlenstofffasern werden durch dieses Kupfernetz vor dem Blitzstrom geschützt. Die Rotorblätter werden mit zahlreichen T-Bolzen an der Pitchdrehverbindung befestigt (diese Ausführung gilt nur für Rotorblätter, die von Nordex hergestellt werden). Die Pitchdrehverbindung ist ein doppelreihiges Vierpunktlager. Diese Drehverbindung ist blitzstromtragfähig. Bei Bedarf kann jedes Rotorblatt in jeder beliebigen Position festgesetzt werden, um Montage- und Wartungsarbeiten zu erleichtern Pitchsystem Das Pitchsystem besteht für jedes Rotorblatt separat aus einem elektromechanischen Antrieb mit Drehstrommotor, Planetengetriebe und Antriebsritzel sowie einer Steuereinheit mit Frequenzumrichter und Notstromversorgung. Das Pitchsystem steuert den Winkel der Rotorblätter. Es kann die Rotorblätter um ihre Längsachse drehen. Während des Betriebs wird der Blattwinkel so optimiert, dass am effektivsten Energie aus dem Wind genommen und in die Seite 14 von 44 K0801_030079_DE Rotor

16 Vertriebsdokument Revision 03 / Rotationsbewegung überführt werden kann. Ab Nennwindgeschwindigkeit dient das Pitchsystem vor allem der Leistungsbegrenzung auf Nennleistung. Das Pitchsystem kann Windböen ausgleichen und dient ebenso als Hauptbremse des Rotors durch eine Drehung der Rotorblätter um ca. 90. Jedes Rotorblatt wird unabhängig von den anderen gesteuert und angetrieben und bildet damit ein redundantes Sicherheitssystem. Die Stellbewegungen der Rotorblätter werden elektronisch synchronisiert. Zusätzlich besitzt jeder Pitchantrieb eine separate Notstromversorgung. Die Notstromversorgung kann bei Stromausfall das Rotorblatt sicher aus dem Wind drehen. Danach trudelt der Rotor. Das Pitchsystem ist komplett auf dem Pitchversteifungselement montiert. Die Signalübertragung und Spannungsversorgung geschieht über einen Schleifring, der in der Rotorwelle integriert ist. 1.3 Triebstrang Der Triebstrang überträgt die Drehbewegung des Rotors auf den Generator. Dabei wird die Drehzahl so weit erhöht, wie erforderlich. Der Triebstrang besteht aus folgenden wesentlichen Bauteilen: Rotorwelle Getriebe Rotorwelle und Getriebe sind durch eine Schrumpfscheibe miteinander verbunden. Kupplung Generator Die folgende Abbildung zeigt den Triebstrang inklusive Rotornabe und Maschinenträger. Triebstrang K0801_030079_DE Seite 15 von 44

17 Revision 03 / Vertriebsdokument Abb. 8 Komponenten des Triebstrangs 1 Generator 2 Kupplung 3 Getriebe 4 3-Punkt-Lagerung 5 Rotornabe 6 Rotorlager 7 Rotorwelle 8 Maschinenträger 9 Generatorträger 10 Schleifring zur Leistungsübertragung Rotorwelle Die Rotorwelle ist im Maschinenhaus im Rotorlager gelagert. Das Rotorlager überträgt die radialen und axialen Kräfte des Rotors auf den Maschinenträger. Im Rotorlager ist eine hydraulische Arretiervorrichtung für den Rotor integriert. Der Schleifring zur Signal- und Spannungsübertragung ist in der Rotorwelle integriert. Seite 16 von 44 K0801_030079_DE Triebstrang

18 Vertriebsdokument Revision 03 / Getriebe Das Getriebe erhöht die Drehzahl auf die für den Generator erforderliche Drehzahl. Die Getriebekühlung ist über einen Öl/Luft-Kühlkreislauf mit gestufter Kühlleistung realisiert. Die Getriebelager und Verzahnung werden kontinuierlich mit gekühltem Öl versorgt. Das Getriebeöl übernimmt neben der Schmierung auch die Kühlung des Getriebes. Die Getriebelager- und Öltemperaturen werden kontinuierlich überwacht Kupplung Die Kupplung befindet sich zwischen der Bremsscheibe am Getriebe und dem Generator. Sie hat die Aufgabe, einen Versatz zwischen Getriebe und Generator auszugleichen. Ein Überlastschutz (definierte Drehmomentbegrenzung) ist auf der Generatorwelle montiert. Er verhindert die Übertragung von Momentenstößen, die im Generator bei Netzfehlern entstehen können. Die Kupplung ist elektrisch isoliert Generator Der Generator ist eine doppelt gespeiste Asynchronmaschine. Der Generator wird über einen Kühlkreislauf auf optimalen Betriebstemperaturen gehalten. Der Generator wird mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt. 1.4 Bremsen Die aerodynamische Bremse besteht aus drei unabhängig und redundant angesteuerten Rotorblättern, die um 90 um die Längsachse verdreht werden können. Die Rotorblattverstellung wird durch ein Sicherheitssystem überwacht nach unerwünschtem Ausfall der Versorgungsspannung wird automatisch eine Notstromversorgung im Pitchsystem zugeschaltet, die die Blätter quer zur Rotationsrichtung stellt. Zusätzlich ist die Windenergieanlage mit einer mechanischen Bremse ausgestattet. Diese Bremse unterstützt die aerodynamische Bremse sobald eine definierte Drehzahl unterschritten wird und bringt den Rotor schließlich zum Stillstand. Die Bremskraft ist durch verschiedene Bremsprogramme geregelt, abhängig vom Auslöser der Bremsung. Durch die Bremsprogramme werden Lastspitzen vermeiden. Nach dem Stillstand der Windenergieanlage kann der Rotor arretiert werden oder trudeln. 1.5 Windnachführung (Azimutsystem) Die Windrichtung wird auf Nabenhöhe mit zwei unabhängigen Geräten kontinuierlich gemessen. Eins davon ist ein Ultrasonic-Messgerät. Alle Windmessgeräte sind beheizt. Weicht die Ausrichtung des Maschinenhauses über einen zulässigen Grenzwert von der Windrichtung ab, wird das Maschinenhaus aktiv nachgeführt. Die Nachführung geschieht über Azimutantriebe. Die Azimutantriebe befinden sich Bremsen K0801_030079_DE Seite 17 von 44

19 Revision 03 / Vertriebsdokument auf dem Maschinenträger des Maschinenhauses. Sie bestehen aus Elektromotor, mehrstufigem Planetengetriebe und Antriebsritzel. Die Antriebsritzel greifen in die Außenverzahnung der Azimutdrehverbindung. Wird das Maschinenhaus nicht gedreht, sind die Azimutbremsen aktiviert. Es gibt zwei unterschiedliche Azimutbremsen, die gleichzeitig angesteuert werden. Die hydraulisch betätigten Bremsen sind auf dem Umfang der Azimutdrehverbindung verteilt und wirken auf eine Bremsscheibe. Die elektrisch betätigten Bremsen sind auf der schnellen Seite des Azimutantriebes angeordnet und wirken auf die Welle des Elektromotors. Bei Windgeschwindigkeiten unterhalb der Einschaltwindgeschwindigkeit bleibt die automatische Windnachführung aus, um Energie zu sparen Abb. 9 Komponenten des Azimutsystems 1 Maschinenträger 2 4x Azimutantrieb bei der N117/ Azimutdrehverbindung 4 Bremssattel 1.6 Turm und Fundament Stahlrohrturm Die Nordex N117/2400 wird auf Stahlrohrtürmen für verschiedene Nabenhöhen und Windzonen errichtet. Die Nabenhöhe ist definiert als die Höhe der Rotornabe über dem Erdboden. Die Turmhöhe weicht davon ab. Sie verringert sich um die Höhe der Fundamentoberkante über dem Erdboden (in der Regel 1,1 m) und dem vertikalen Abstand Turmoberkante bis Mitte Rotornabe (1,99 m). Seite 18 von 44 K0801_030079_DE Turm und Fundament

20 Vertriebsdokument Revision 03 / Der Turm ist ein zylindrischer Stahlrohrturm, nur die oberste Sektion ist konisch. Je nach Nabenhöhe besteht er aus drei bis sechs Sektionen. Der Korrosionsschutz des Stahlrohrturmes wird durch ein Beschichtungssystem der Oberfläche gemäß ISO gewährleistet. Eine Befahranlage, die Steigleiter mit dem Fallschutzsystem sowie Ruhe- und Arbeitsplattformen innerhalb des Turmes ermöglichen einen wettergeschützten Aufstieg in das Maschinenhaus. Je nach Anforderung kann die Windenergieanlage mit einer separaten Transformatorstation ausgestattet sein. Diese steht einige Meter neben dem Turm. In ihr befinden sich insbesondere der Mittelspannungstransformator und die Mittelspannungsschaltanlage. Die Stromkabel zur Windenergieanlage und zum regionalen Stromnetz sind unterirdisch verlegt. Ist keine separate Transformatorstation vorgesehen, sind als Option Mittelspannungstransformator und Mittelspannungsschaltanlage im Turm untergebracht, siehe Abb.4. Fundament Die Fundamentkonstruktion hängt von den Bodenverhältnissen am vorgesehenen Standort ab. Zur Verankerung des Turmes ist im Fundament der Ankerkorb einbetoniert. Turm und Ankerkorb werden miteinander verschraubt, siehe "Aufbau der Windenergieanlage" Seite 7. Abb. 10 Ankerkorb zur Verankerung des Turmes Hybridturm Die Nordex N117/2400 wird auch auf einem Hybridturm errichtet. Der Hybridturm besteht im unteren Teil aus einem Betonturm und im oberen Teil aus einem Stahrohrturm. Beide Turmteile sind durch einen Adapter miteinander verbunden. Der Transformator wird standardmäßig in einem abgeschlossenen Raum im Turmfuß aufgestellt. Turm und Fundament K0801_030079_DE Seite 19 von 44

21 1.7 Hilfssysteme Revision 03 / Vertriebsdokument Kühlung und Filtration Getriebe, Generator und Umrichter der Windenergieanlage haben voneinander unabhängige Kühlsysteme. Alle Systeme sind so ausgelegt, dass sich auch bei hohen Außentemperaturen optimale Betriebstemperaturen einstellen. Die Temperaturüberwachung einzelner Getriebelager, des Getriebeöls, der Generatorwicklungen, der Generatorlagerung und des Kühlmittels erfolgt kontinuierlich und teilweise redundant durch die Steuerung Getriebekühlung Die Wärmeabfuhr aus dem Getriebe geschieht über den Ölkreislauf in einem Öl/ Luft-Kühler. Eine Pumpe mit zwei Förderstufen pumpt das Getriebeöl durch ein Kombi-Filterelement in den Kühlkreislauf. Grob und Feinfilter haben die Aufgabe, Feststoffe aus dem Getriebeöl zu entfernen. Der Verschmutzungsgrad des Filterelementes wird durch die Steuerung überwacht (Differenzdruckmessung). Optional kann eine zusätzliche Nebenstromfiltration (Feinstfilter 5 µm) installiert werden. Ist die optimale Arbeitstemperatur noch nicht erreicht, führt ein Thermo-Bypass das schon angewärmte Öl direkt zurück in das Getriebe. Wird die optimale Arbeitstemperatur des Öles überschritten, wird der Öl/Luft-Wärmetauscher zugeschaltet und das Öl gekühlt. Der Wärmetauscher ist zusätzlich mit einem zweistufigen Ventilator ausgestattet, der abhängig von der Öltemperatur einund ausgeschaltet wird. Das gekühlte Öl wird über ein Rohrleitungssystem innerhalb des Getriebes gezielt an die thermisch hoch belasteten Bauteile befördert. Seite 20 von 44 K0801_030079_DE Hilfssysteme

22 Vertriebsdokument Revision 03 / Abb. 11 Schemazeichnung der Getriebekühlung 1 Getriebe 2 Nebenstromfilter 3 Pumpe und Filter 4 Öl/Luft-Kühler Generatorkühlung Die Wärmeabfuhr aus dem Generator erfolgt über einen Wasser-Kühlkreislauf. Als Kühlmittel wird ein frostsicheres Wasser/Glykol-Gemisch eingesetzt. Die Wärme wird im Generator über eine integrierte Luftkühlung an das Kühlwasser abgegeben. Mit Hilfe einer wartungsfreien Kreiselpumpe wird das Kühlwasser einem Wasser/Luft-Wärmetauscher zugeführt. Die Pumpe wird eingeschaltet, sobald die Temperatur der Generatorkomponenten einen definierten Wert übersteigt und kühlt das Kühlwasser und damit den Generator auf die optimale Betriebstemperatur ab. Der Wärmetauscher ist zusätzlich mit einem zweistufigen Ventilator ausgestattet, der abhängig von der Wassertemperatur ein- und ausgeschaltet wird. Hilfssysteme K0801_030079_DE Seite 21 von 44

23 Revision 03 / Vertriebsdokument Abb. 12 Schemazeichnung der Generatorkühlung 1 Pumpe 2 Wasser/Luft-Kühler 3 Generator Umrichterkühlung Der Hauptumrichter der Windenergieanlage ist im Schaltschrank im Turmfuß integriert. Er befindet sich im Turm auf einer speziellen Plattform. Der Hauptumrichter ist sowohl luft- als auch wassergekühlt. Als Kühlmittel wird ein frostsicheres Wasser/Glykol-Gemisch eingesetzt. Eine Pumpe fördert das Kühlwasser durch den Hauptumrichter und führt das erwärmte Wasser einem Wasser/Luft-Wärmetauscher zu. Die Pumpe schaltet bei definierten Temperaturen der Umrichterkomponenten zu und führt die Wärme nach außen ab. Der Wärmetauscher ist zusätzlich mit einem zweistufigen Ventilator ausgestattet, der abhängig von der Wassertemperatur eingeschaltet wird Abb. 13 Schemazeichnung der Umrichterkühlung 1 Umrichterschrank 2 Wasser/Luft-Kühler 3 Pumpe Seite 22 von 44 K0801_030079_DE Hilfssysteme

24 Vertriebsdokument Revision 03 / Hydraulisches System Das hydraulische System stellt im Betrieb den nötigen Öldruck für die Azimutund die Rotorbremse bereit. Die hydraulische Rotorarretierung lässt sich manuell öffnen bzw. schließen Schmiersysteme Folgende Komponenten sind mit unabhängigen, automatischen Schmiersystemen ausgestattet, die das notwendige Schmiermittel zuführen: Rotorlager Getriebe Beide Lager des Generators Die Verzahnung der drei Pitchdrehverbindungen Die Verzahnung der Azimutdrehverbindung Dadurch wird eine ausreichende und kontinuierliche Schmierung sichergestellt und die Wartung deutlich vereinfacht. Im Getriebe sorgt der Ölkreislauf gleichzeitig für Kühlung und Zwangsschmierung der Verzahnungen und Lager. Ein Rohrleitungssystem innerhalb des Getriebes fördert das Öl gezielt an die thermisch und mechanisch hoch belasteten Bauteile. Die Verzahnungen der Drehverbindungen werden jeweils über ein separates Schmierritzel mit dem Schmiermittel versorgt Klimatisierung Die Schaltschränke in der Rotornabe, im Maschinenhaus und im Turmfuß der Windenergieanlage besitzen Temperaturfühler. Bei Unter-/Überschreiten der festgelegten Temperaturgrenzen werden Heizungen/Klimageräte eingeschaltet, um die Lufttemperatur im Schaltschrank im Betriebsbereich zu halten Heizungen Wenn die Windenergieanlage bei tiefen Umgebungstemperaturen ausgekühlt ist, müssen einige Komponenten aufgeheizt werden, bevor sie in Betrieb gehen dürfen. Folgende Komponenten sind mit Heizungen ausgestattet, die sich bei Bedarf automatisch einschalten: Getriebe Generator Hydraulikaggregat diverse Schaltschränke Maschinenhaus Hilfssysteme K0801_030079_DE Seite 23 von 44

25 Revision 03 / Vertriebsdokument Bordkrane Im Maschinenhaus dient ein fest installierter Kettenzug zum Heben von Werkzeugen, Bauteilen und sonstigem Arbeitsmaterial vom Erdboden in das Maschinenhaus. Ein zweiter, beweglicher Brückenkran dient zum Bewegen der Materialien innerhalb des Maschinenhauses. Die Tragkraft beider Bordkrane beträgt jeweils 1000 kg Befahranlage Im Turm der Windenergieanlage ist eine leitergeführte Befahranlage installiert. Sie kann Personen und Material von der Zugangsplattform bis unter das Maschinenhaus befördern. Die Befahranlage dient gleichzeitig der Personensicherheit und der Wirtschaftlichkeit über die gesamte Lebensdauer der Windenergieanlage. 1.8 Steuerung und Sicherheit Anlagensteuerung Die Steuerung der Windenergieanlage erfolgt mit einem Betriebsführungsrechner und durch die Software Nordex Control 2. Die Anlagensteuerung arbeitet vollautomatisch. Sie fragt kontinuierlich alle angeschlossenen Sensoren ab, wertet sie aus und bildet mit dem Ergebnis die Steuerparameter für die Windenergieanlage. Die Windenergieanlage arbeitet mit zwei Messgeräten zur Erfassung der Winddaten. Das erste wird zur Steuerung eingesetzt, das zweite überwacht das erste Gerät. Bei Ausfall eines Gerätes wird das andere zur Steuerung genutzt. Auf einem Kontrollbildschirm am PC sowohl in der Windenergieanlage oder aus der Ferne können alle Betriebsdaten beobachtet und überprüft sowie Funktionen wie Starten, Stoppen und die Windnachführung gesteuert werden. Eine Fernüberwachung der Windenergieanlage ist vorgesehen. Fehler können von der Windenergieanlage zu einer Leitstelle nach Wahl gemeldet werden. Die Übertragung der Daten und Signale erfolgt per ISDN- oder DSL-Verbindung und dem 'Internet Explorer'. Die Fernüberwachung ruft einmal pro Nacht die tagsüber gespeicherten Daten der Windenergieanlage ab. Die Steuerung der Windenergieanlage besitzt eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Zusammen mit den Akkus im Pitchsystem wird die Windenergieanlage im Falle eines Netzausfalls sicher gestoppt. Die USV sichert den Betrieb der Anlagensteuerung inkl. Datenspeicherung und der Kommunikation nach außen über ca. 10 Minuten. Die Windenergieanlage benötigt jedoch zum Stoppen aus Nenndrehzahl je nach Bremsprogramm nur zwischen ein und zwei Minuten. So können der Anlagenstatus solange überwacht werden sowie weitere Daten von der Anlagensteuerung übertragen und später analysiert werden, bis die Windenergieanlage gestoppt ist. Seite 24 von 44 K0801_030079_DE Steuerung und Sicherheit

26 Vertriebsdokument Revision 03 / Sicherheitssysteme Nordex-Windenergieanlagen sind mit umfangreichen Ausrüstungen und Einrichtungen ausgestattet, die dem Personen- und Anlagenschutz dienen und einen dauerhaft sicheren Betrieb gewährleisten. Alle sicherheitsrelevanten Funktionen werden redundant überwacht und können im Notfall einen Schnellstopp der Windenergieanlage über die der Betriebsführung übergeordneten Sicherheitsfunktionen auslösen auch ohne Betriebsführungsrechner und externe Stromversorgung. In die Sicherheitsfunktionen sind auch die Not-Stopp-Schalter integriert. Die Rotorblattverstellung dient als primäres Bremssystem. Das Pitchsystem vereint drei voneinander unabhängige Pitchantriebe. Trotz Ausfall eines Pitchantriebes würde die Windenergieanlage in einen sicheren Zustand gebracht werden können. Die Betriebsparameter sind so abgestimmt, dass die mechanischen und elektrischen Belastungen auf die Windenergieanlage möglichst gering bleiben und für den Kunden trotzdem maximalen Ertrag und Lebensdauer sichern. Alle Trittflächen sind rutschfest ausgeführt. Die Sicherheitsausrüstung der Mitarbeiter wird ständig überwacht und auf den aktuellsten Stand gehalten. Alle Sicherheitsvorrichtungen der Windenergieanlage werden regelmäßig überprüft. So findet der Service einen sicheren und ergonomischen Arbeitsplatz vor. Die Nordex-Fernüberwachung ist rund um die Uhr besetzt. Mehrmals täglich sendet jede Windenergieanlage per Mail ihren Betriebsstatus. Bei Bedarf können die Mitarbeiter der Fernüberwachung direkt eingreifen oder den Service vor Ort informieren. Ca. alle 6 Monate findet eine vorbeugende Wartung statt Sicherheitseinrichtungen Not-Stopp-Schalter In der Windenergieanlage gibt es an verschiedenen Stellen Not-Stopp-Schalter. Sie dienen bei Gefahr zum schnellstmöglichen Stillsetzen der Windenergieanlage. Die Not-Stopp-Schalter befinden sich an folgenden Stellen: an der Front- und Rückseite des Schaltschrankes im Turmfuß an der rechten Seite des Getriebes am mobilen Bedienterminal des Schaltschrankes im Maschinenhaus an der Frontseite des Schaltschrankes im Maschinenhaus am Einstieg zum Maschinenhaus Durch Betätigen eines Not-Stopp-Schalters wird eine Notbremsung ausgelöst, d. h. die Rotorblätter verfahren in Fahnenstellung, Umrichter und Generator Steuerung und Sicherheit K0801_030079_DE Seite 25 von 44

27 Revision 03 / Vertriebsdokument werden vom Netz getrennt, der Hauptschalter fällt in die Stellung AUS und die Rotorbremse fällt schließlich ein. Sicherheitsfunktionen Die Sicherheitsfunktionen bestehen aus verschiedenen Überwachungsgeräten. Löst eines dieser Überwachungsgeräte aus, wird die Windenergieanlage sofort stillgesetzt. Neben den Not-Stopp-Schaltern gehören zur Sicherheitsfunktion folgende Geräte: Überstromauslöser des Hauptschalters (thermischer bzw. magnetischer Auslöser) Drehzahlwächter für Rotor- und Generatordrehzahl zwei Schwingungswächter (Turmschwingungen) Die Auslösung der Sicherheitsfunktionen führen zu einer Abbremsung der Windenergieanlage. Die beiden zuletzt genannten Geräte bewirken allerdings kein Ausschalten des Hauptschalters. Kabelverdrillschutz Zum Schutz der Kabel, die vom Maschinenhaus in den Turm führen, ist ein Verdrillschutz vorhanden. Im automatischen Betrieb kontrolliert die Betriebsführung kontinuierlich die Position des Maschinenhauses bezogen auf den Turm. Nach Erreichen von ca. 2 Umdrehungen dreht sich das Maschinenhaus automatisch zurück. Dieser Automatismus ist durch einen zusätzlichen Endlagenschalter abgesichert. Bei Überschreiten der festgelegten Verdrillung wird die Spannungsversorgung der Azimutantriebe unterbrochen und eine Fehlermeldung erzeugt. Getriebeeinlaufphase Bei Getrieben müssen sich die Wälzkörper in den Lagern des Getriebes und die Zahnflanken zunächst einlaufen, um später einen dauerhaft sicheren und langlebigen Betrieb zu gewährleisten. Daher wird bei der Inbetriebnahme zunächst die Leistung in Abhängigkeit vom Ertrag begrenzt. Die Getriebeinlaufphase dauert abhängig vom Wind einige Tage. Berührschutz/Trittschutz Alle sich drehenden Teile des Triebstrangs sind durch Abdeckungen gegen Berührung geschützt. Dies sind Rotorarretierscheibe, Rotorwelle, Bremsscheibe und Kupplung. Alle gefährdeten Bauteile, insbesondere im Einstiegsbereich des Maschinenhauses, sind gegen Beschädigung geschützt. Das heißt, sie sind unterhalb von Trittblechen angeordnet oder mit einzelnen Abdeckungen gegen Seite 26 von 44 K0801_030079_DE Steuerung und Sicherheit

28 Vertriebsdokument Revision 03 / Beschädigung geschützt. Dies sind Sensoren, Hydraulikleitungen, elektrische Kabel sowie einzelne Aggregate wie Fettpumpe, Schmierritzel, Lampen, etc. Elektrische Bauteile und Kabel sind in geschlossenen Schaltschränken oder Kabelkanälen untergebracht. Weitere Sicherheitseinrichtungen Einige Sicherheitseinrichtungen werden in anderen Kapiteln genauer beschrieben: Unterbrechungsfreie Stromversorgung der Steuerung - siehe "Anlagensteuerung" Seite 24 Notstromversorgung der Pitchantriebe - siehe "Pitchsystem" Seite 14 Rotorarretierung - siehe "Rotorwelle" Seite 16 Erdung und Blitzschutz - siehe "Erdung" Seite 29 - siehe "Blitzschutz" Seite 27 Automatische Schmiersysteme - siehe "Schmiersysteme" Seite 23 Fallschutzausrüstung, Anschlagpunkte Fluchtweg/Abseilgerät Feuerlöscher, 1.-Hilfe-Kasten, Notbeleuchtung, Lärmschutz, etc. Brandschutz Blitzschutz Bei der Entwicklung der Windenergieanlage ist dem Blitzschutz höchste Aufmerksamkeit gegeben worden. Für alle Komponenten wurde ein höchst zuverlässiger Schutz erreicht. Der Blitz- und Überspannungsschutz der Gesamtanlage entspricht dem Blitz-Schutzzonen-Konzept und entspricht der Norm IEC Das Blitzschutzsystem erfüllt die Anforderungen der Blitzschutzklasse I. 1.9 Elektrische Anlage Die Windenergieanlage ist mit einem drehzahlvariablen Generator- Umrichtersystem ausgestattet. In Verbindung mit der elektrischen Blattverstellung bietet der drehzahlvariable Triebstrang beste Ergebnisse in Bezug auf mechanische Beanspruchung und elektrische Netzqualität. Stromstöße und Lastspitzen werden vom System weitestgehend vermieden. Die Betriebsführung erlaubt es, im Teillastbetrieb eine glatte Leistungsabgabe bei Elektrische Anlage K0801_030079_DE Seite 27 von 44

29 Revision 03 / Vertriebsdokument sehr geringen Schwankungen zu erzeugen. Im Nennlastbetrieb kann die Windenergieanlage mit konstanter Leistung betrieben werden. Die wesentlichen elektronischen Bauteile sind im Schaltschrank im Turmfuß untergebracht. Der Schaltschrank enthält, getrennt in unterschiedlichen Feldern, Frequenzumrichter, Betriebsführungsrechner, Kontrollbildschirm, Hauptschalter, Sicherungen sowie Anschlüsse für Kommunikation und Leistungskabel Generator und Umrichter Der Generator ist als doppelt gespeister Asynchrongenerator mit Schleifringläufer ausgeführt, mit einem nachgeschalteten Umrichter zum Rückspeisen der Schlupfleistung. Spannung und Frequenz werden unabhängig von der Rotordrehzahl konstant gehalten. Dadurch wird ein drehzahlvariabler Betrieb bei gleichzeitig geringen Netzrückwirkungen ermöglicht. Die Eigenschaft, auch Blindleistung erzeugen zu können, ermöglicht ein gezieltes Blindleistungsmanagement. Dadurch entfällt die sonst übliche Blindleistungskompensation. Im Teillastbetrieb arbeitet die Windenergieanlage bei festem Blattwinkel in einem Drehzahlbereich. Die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Generatorsystems ist dabei fest vorgegeben. Bei Windgeschwindigkeiten größer als Nennwindgeschwindigkeit wird die Windenergieanlage mit einer kombinierten Regelung für das Generatorsystem und für die Blattwinkelverstellung betrieben. Hierbei wird prinzipiell der Generator auf konstantem Drehmoment gehalten und die sich daraus ergebenden Drehzahlschwankungen mit der Blattverstellung ausgeregelt. Dafür steht ein Drehzahlbereich zur Verfügung. Bei Sicherheitsabschaltungen (z. B. Netzausfall) trennt sich die Windenergieanlage vom Netz und die Rotorblätter werden aus dem Wind gedreht Netzform In der Windenergieanlage gibt es zwei Niederspannungsnetze. Das 660-V-Netz transportiert den erzeugten Strom über den Mittelspannungstransformator zum Einspeisepunkt in das Versorgungsnetz. Das 400-V-Netz versorgt alle elektrischen Systeme der Windenergieanlage. Das Generator-Niederspannungsnetz (660 V) ist als isoliertes Netz ohne Neutralleiter (IT-Netz) und das Eigenbedarf-Niederspannungsnetz (400 V) als TN-S-Netz ausgeführt. Als Schutzeinrichtung kommt eine Isolationsüberwachung zum Einsatz. Seite 28 von 44 K0801_030079_DE Elektrische Anlage

30 Vertriebsdokument Revision 03 / Mittelspannungstransformator und Mittelspannungsschaltanlage Zur Anbindung jeder Windenergieanlage an das Mittelspannungsnetz werden ein Mittelspannungstransformator und eine Mittelspannungsschaltanlage benötigt. Der Verknüpfungspunkt zum Versorgungsnetz wird durch eine Mittelspannungsstation hergestellt. Je nach Anzahl der Windenergieanlagen werden zusätzliche Unterstationen an den Windenergieanlagen aufgestellt und auf der jeweiligen Spannungsebene des Versorgungsnetzes miteinander verbunden. Die erforderliche Messeinrichtung einschließlich der Wandler ist ebenfalls gemäß der lokalen Anschlussbedingungen auszuführen und bildet die Eigentumsgrenze in der Übergabestation. Die Ausstattung der Übergabestation und die technische Ausführung des Übergabepunktes sind projektabhängig. Sofern Nordex mit der Ausführung betraut ist, werden Ausstattung und Ausführung der Übergabestation mit dem Netzbetreiber abgestimmt. Wird der Transformator im Turm aufgestellt (= Option), wird ein Trockentransformator eingesetzt. In der externen Transformatorstation wird meist ein Öltransformator eingesetzt. Die technischen Daten für den Transformator und für die Mittelspannungsschaltanlage können sich je nach Hersteller, benötigter Spannungsebene und Umgebungsbedingungen unterscheiden Verkabelung Erdung In das Fundament werden Leerrohre eingebaut, um die Leistungs-, Kommunikations- und Steuerkabel verlegen zu können. Alle Kabel innerhalb eines Windparks werden normalerweise unterirdisch verlegt. Zwischen Schaltschrank im Turmfuß und Transformator im Turm werden flexible Niederspannungsstarkstromkabel verlegt. Zur Übertragung von Signalen des Transformators an die Windenergieanlage können auf Wunsch Niederspannungssteuerkabel verlegt werden. Die Erdungsanlage ist erforderlich für den Potentialausgleich zwischen den Teilen der elektrischen Anlage und ist ein wichtiger Teil des Blitzschutzsystems. Die Erdungsanlage wird entsprechend der Norm und den Fundamentzeichnungen hergestellt. Die Erdungsanlage umschließt die Windenergieanlage und die separate Transformatorstation, sofern vorhanden. Der Erdungswiderstand der Windenergieanlage sollte 10 nicht übersteigen. Er wird gemessen und Elektrische Anlage K0801_030079_DE Seite 29 von 44

31 Revision 03 / Vertriebsdokument dokumentiert. Das dafür ausgestellte Erdungsprotokoll kann dem Netzbetreiber auf Verlangen vor der Inbetriebnahme vorgelegt werden Netzanbindung Die Einspeisung der Elektroenergie von Windenergieanlagen erfolgt normalerweise in das Mittelspannungsnetz des regionalen Netzbetreibers. Bei ungünstigen Netzverhältnissen oder hohen Einspeiseleistungen kann die Einbindung ins Hochspannungsnetz und somit der Bau eines Umspannwerkes notwendig werden. Die Netzkopplung der Windenergieanlage erfolgt über einen IGBT-Umrichter nach dem Prinzip der doppelt gespeisten Asynchronmaschine. Über eine Parametervorwahl mit dem IGBT-Umrichter kann die Blindstrom-Kompensation (cos- -Regelung) unter bestimmten Bedingungen in einem gewissen Bereich frei eingestellt werden. Die Schaltströme bei Netzaufschaltung können mit diesem System Faktoren in der Größenordnung von 1 realisiert werden, d. h. die Zuschaltung zum Netz erfolgt absolut synchron und damit stoßfrei. Die Windenergieanlage kann mit einem erweiterten Netzanschlusspaket ausgestattet werden. Dazu steht für viele Netzanschlussrichtlinien jeweils ein separates Dokument zur Verfügung Netzüberwachung Die Windenergieanlage ist mit verschiedenen Schutzeinrichtungen ausgestattet: Das Netzschutzrelais verfügt über eine Über- und Unterspannungsüberwachung, erkennt Frequenzsteigerung und -rückgang und überwacht den Vektorsprung Der Kurzschluss- und Überlastschutz wird durch den Hauptschalter realisiert Auslösewerte und Auslösezeiten sind parametrierbar und werden von Nordex an die jeweiligen Netzanschlussbedingungen angepasst. Bei Über- oder Unterschreitung der eingestellten Grenzwerte wird die Windenergieanlage durch die Steuerung vom Netz getrennt und gestoppt. Wenn kein Netzfehler mehr ansteht, geht die Windenergieanlage wieder in den Automatikbetrieb über Eigenbedarf der Windenergieanlage Der Leistungsbedarf der Windenergieanlage im Stand-by-Betrieb setzt sich aus dem Einzelverbrauch folgender Komponenten zusammen: Steuerung (Betriebsführungsrechner und Umrichter) Azimutsystem Pitchsystem Seite 30 von 44 K0801_030079_DE Elektrische Anlage

32 Vertriebsdokument Revision 03 / Hydraulikaggregat Umwälzpumpen der Kühlsysteme Heizungen und Lüfter Hilfssysteme (Befahranlage, Gefahrenfeuer, Optionen, etc.) Aufgrund der vorhandenen Betriebserfahrung kann ein Gleichzeitigkeitsfaktor von 0,5 und ein Leistungsfaktor (cos phi) von 0,85 angenommen werden. Die Anschlussleistung beträgt unter Berücksichtigung der oben aufgeführten Faktoren maximal 55 kw. Der Jahresenergiebedarf (Leistungsbezug aus dem Netz) liegt an einem Standort mit mittlerer Windgeschwindigkeit bei ca kwh/a. Der Jahresenergiebedarf ist jedoch sehr stark standortabhängig und sollte spezifisch bestimmt werden Kommunikation Kommunikation innerhalb einer Windenergieanlage Der Betriebsführungsrechner ist über Interbus mit dem Hauptumrichter und dem Pitchsystem verbunden. Der Signalaustausch für alle wesentlichen Funktionen der Betriebsführung erfolgt im 10-ms-Takt. Dazu gehören u. a. die Umrichtersteuerung und die Signalerfassung. Der Signalaustausch zwischen Turmfuß und Maschinenhaus in der Windenergieanlage erfolgt über Ethernet mit Lichtwellenleitern (LWL). So sind Störungen durch elektromagnetische Einflüsse ausgeschlossen. Kommunikation innerhalb eines Windparks Da praktisch immer mehrere Windenergieanlagen in einem Windpark zusammengefasst sind, läuft die Kommunikation einer Windenergieanlage nach außen stets über das Wind Farm Portal. Dies ist ein Farm-Server, an den alle Windenergieanlagen eines Windparks meist sternförmig angeschlossen werden. Der Farm-Server übernimmt die Funktion eines SCADA-Systems (Supervisory Control And Data Acquisition). Er dient zur Überwachung, Steuerung, Analyse, Datenarchivierung, Bedienung und Fernüberwachung eines Windparks. Dazu gehören auch weitere projektspezifisch installierte Systeme, wie Wettermasten, Umspannwerk, Kompensationsanlagen, etc. Der Signalaustausch innerhalb des Windparks erfolgt über Ethernet mit LWL- Kabeln (Single-Mode). Kommunikation nach außen Die Kommunikation zwischen einer Windenergieanlage bzw. einem Windpark und externen Stellen, z. B. Fernüberwachung oder Kunde, ist Internet-basiert und standortunabhängig. Es wird keine spezielle Software benötigt. Die Kommunikation erfolgt über mindestens einen ISDN- oder DSL-Anschluss. Aus Elektrische Anlage K0801_030079_DE Seite 31 von 44

33 Revision 03 / Vertriebsdokument Gründen der Betriebssicherheit sollte ein Windpark mit mindestens zwei Kommunikationsanschlüssen ausgestattet sein. Für den Kunden können zur Kommunikation mit dem Windpark separate IP- Adressen zur Verfügung gestellt werden. Nordex vergibt Paßwort und Login- Namen. Anhand dieser Zugangsdaten wird die persönliche Berechtigung für einen Windpark festgelegt. Datenaustausch In jeder Windenergieanlage werden alle Betriebsdaten lokal über die gesamte Lebensdauer gespeichert. Die wesentlichen Daten werden kontinuierlich zum Farm-Server gesendet und dort ebenfalls gespeichert. Jede Windenergieanlage kann regelmäßig alle 24 Stunden eine Datenmail an eine definierte Adresse senden, z. B. die Fernüberwachung. Die Datenmail enthält 10-Minuten- Mittelwerte, Alarm-Logs, Ereignismeldungen und viele Werte zur statistischen Auswertung des Betriebsverhaltens. Damit lassen sich die Produktionszahlen darstellen und der Betriebsverlauf der Windenergieanlage analysieren. Zudem können sich berechtigte Personen über das Wind Farm Portal in jede Windenergieanlage einwählen und nach Bedarf Produktionszahlen, Fehlermeldungen, Betriebs-zustände, Wetterdaten, etc. exportieren Betriebsführung Betriebsführung der Windenergieanlage Die Hauptaufgabe der Betriebsführung (Betriebsführungsrechner + Software Nordex Control 2) ist es, die in der Steuerung der Windenergieanlage gespeicherten Betriebsparameter im laufenden Betrieb einzuhalten. Dazu wird eine echtzeitfähige Steuerung eingesetzt, die alle relevanten Daten ständig abfragt und weiter verarbeitet. Die Parameter werden von Nordex vorgegeben und sind auf den jeweiligen Standort abgestimmt. Damit wird der automatische und sichere Betrieb der Windenergieanlage in allen Situationen sichergestellt. Unterhalb der Einschaltwindgeschwindigkeit bleibt die Windenergieanlage im Ruhezustand (Sparmodus), d. h. nur der Betriebsführungsrechner ist in Betrieb und erfasst die (Wetter-) Daten. Die anderen Systeme werden nur bei Bedarf zugeschaltet und verbrauchen so keinen Strom. Ausnahmen sind sicherheitsrelevante Funktionen, z. B. das Bremssystem (Hydraulikpumpe). Der Rotor trudelt. Wird die Einschaltwindgeschwindigkeit erreicht, wechselt die Windenergieanlage in den Zustand 'Betriebsbereit'. Jetzt werden alle Systeme getestet und das Maschinenhaus richtet sich nach dem Wind aus. Wird der Wind stärker, beginnt der Rotor, sich schneller zu drehen. Ist eine bestimmte Drehzahl erreicht, wird der Generator ans Netz gekoppelt und die Windenergieanlage produziert Strom. Während des Betriebes folgt das Maschinenhaus der Windrichtung. Wird ein Grenzwert für die Verdrillung der Turmkabel überschritten, wird die Seite 32 von 44 K0801_030079_DE Betriebsführung

34 Vertriebsdokument Revision 03 / Windenergieanlage gestoppt und das Maschinenhaus dreht sich zurück, d. h. die Turmkabel werden entdrillt, siehe "Windnachführung (Azimutsystem)" Seite 17 und siehe "Kabelverdrillschutz" Seite 26. Danach startet die Windenergieanlage wieder automatisch. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten arbeitet die Windenergieanlage im Teillastbetrieb. Dabei bleiben die Rotorblätter maximal in den Wind gedreht, wodurch die Rotorblätter kontinuierlich im Bereich bester Aerodynamik und mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten. Die Drehzahl des Rotors bewegt sich unterhalb der Nenndrehzahl. Die von der Windenergieanlage abgegebene Leistung hängt jetzt von der Windgeschwindigkeit ab. Ab Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit geht die Windenergieanlage in den Nennlastbetrieb über. Erhöht sich die Windgeschwindigkeit, ändert die Steuerung den Winkel der Rotorblätter so, dass die Rotordrehzahl weitgehend konstant auf der Nenndrehzahl gehalten wird und die Windenergieanlage konstant Nennleistung produziert. Bei Überschreitung der Abschaltwindgeschwindigkeit stoppt die Windenergieanlage, d. h. die Rotorblätter werden um ca. 90 in Fahnenstellung gedreht. Der Rotor bremst ab. Er trudelt, bis der Wind wieder unter die Wiedereinschaltwindgeschwindigkeit gefallen ist. So lassen sich die Belastungen auf die Windenergieanlage bei stürmischem Wetter signifikant reduzieren. An allen Systemen und vielen Komponenten der Windenergieanlage sind Sensoren angebracht, die den jeweiligen Zustand an die Steuerung melden. Für jeden Messpunkt gibt es Soll-Werte (Betriebsparameter), die eingehalten werden müssen. Weicht ein Ist-Wert ab, reagiert die Steuerung entsprechend. Bei Überschreitung von bestimmten Temperaturgrenzwerten wird z. B. zuerst die Pumpe des Kühlkreislaufes eingeschaltet. Ist ein bestimmter Soll-Wert wieder erreicht, schaltet sich die Pumpe ab. Bei Überschreitung eines weiteren Grenzwertes wird eine Warnung an die Fernüberwachung gesendet. Die Nordex-Fernüberwachung entscheidet anhand aller aktuellen Betriebsdaten, was zu tun ist. Sinkt die Temperatur wieder unter einen bestimmten Grenzwert, wird die Warnung aufgehoben. Bei Überschreitung eines dritten Grenzwertes stoppt die Windenergieanlage sofort. Dieser dritte Grenzwert ist so ausgewählt, dass noch kein Schaden an der Windenergieanlage entsteht. Einem Temperaturmesspunkt sind in diesem Beispiel sechs Grenzwerte zugeordnet, drei hohe und drei niedrige Temperaturgrenzwerte. Bei Überschreitung von bestimmten Betriebsgrenzen wird die Windenergieanlage sofort gestoppt, z. B. Überschreitung der Abschaltwindgeschwindigkeit oder Druckabfall im Hydrauliksystem. Bei äußeren Ursachen, wie zu hoher Windgeschwindigkeit oder Netzfehler, wird die Windenergieanlage sanft gebremst. Bei sicherheitsrelevanten Ursachen wird eine Notbremsung durchgeführt, die den Rotor schnellstmöglich zum Stehen bringt. Betriebsführung K0801_030079_DE Seite 33 von 44