Die Evolution der 3.5MW Plattform

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1 Die Evolution der 3.5MW Plattform Vorstellung des Plattform- Konzeptes Stefan Bockholt

2 Seite Agenda 1. Anlagenentwicklung in Deutschland 2. Trend zu größeren Rotordurchmessern 3. Plattformgedanke 4. Plattformauslegung 3.5 MW 5. Leichtbau im Rotorblatt 6. ENO Ausblick

3 1. Anlagenentwicklung in Deutschland Rotordurchmesser und Nabenhöhe bei Neuinstallation Seite ? Quelle: UL International GmbH DEWI Stetiger Anstieg bei Nabenhöhe und Rotordurchmesser Überproportionaler Zuwachs bei Rotordurchmessern in letzten 5 Jahren Onshore: Rotordurchmesser bis >140m; Nabenhöhen bis >160m Nennleistungen zwischen 3 4.2MW moderater Anstieg Ratings < 300W/m² Klarer Trend bei Rotordurchmesser und Nabenhöhe

4 2. Trend zu größeren Rotordurchmessern Rotordurchmesser vs. Leistung Seite Zusammenhang Leistung Drehzahl Drehmoment P n P= n = π ω T 30 N n n T n 3800kW = π 11. 2rpm 3240kNm 30 Übertragbares Drehmoment dominiert Kosten im Triebstrang der WEA Drehmoment ~ Kosten Drehzahl i.d.r. nach oben beschränkt durch Schallrestriktionen Schallleistungspegel proportional zur fünften Potenz der Blattspitzengeschwindigkeit S T ~ v tip 5 = π 60 N n D 5 T n = P n D 2 v tip Limit T n ~ P n D (21%) (+10%) (+10%)

5 2. Trend zu größeren Rotordurchmessern Rotordurchmesser vs. Leistung Seite Basis 80m / 3000kW Basis 126m / 3000kW Rotordurchmesser nutzt verfügbares Moment effektiver

6 3. Plattformgedanke Kein Standort gleicht dem anderen Seite Jeder Standort hat spezifische Umgebungsbedingungen (z.b. mittl. Wind, Turbulenz) IEC Type Class v_avg ve_50 ve_50' 170m² IV 6.5 m/s 42.5 m/s 153 km/h 40 t III 7.5 m/s 52.5 m/s 189 km/h 62 t II 8.5 m/s 59.5 m/s 214 km/h 79 t I 10.0 m/s 70.0 m/s 252 km/h 110 t Größerer Rotor = Mehrertrag Mehr Leistung = Mehrertrag Antagonismus zwischen Ertrag und Belastungsgrenzen prägen wirtschaftliches Optimierungsproblem (günstigste Ausnutzung des Materials = Effizienz ) Größerer Rotor = Mehrkosten Mehr Leistung = Mehrkosten Keine Turbine ist optimal für jeden Standort

7 3. Plattformgedanke Flexible Anpassung des Produktes Seite Antagonismus zwischen Ertrag und Belastungsgrenzen erfordert verschiedene Turbinenauslegungen für verschiedene Windklassen Vereinfacht: Rotordurchmesser Windgeschwindigkeit Leistung / Rating Nabenhöhe vollst. Neukonstruktion für jew. Standort zu Aufwendig (Kosten, Zeit, Teilevielfalt) Entwicklung von Plattform als Basis, für verschiedene Turbinenversionen Rating = Leistung / Fläche Eine Plattform für verschiedene Anforderungen

8 4. Plattformauslegung 3.5 MW Zielsetzung Plattform Seite Entwicklungsziele für 3.5MW Plattform Eine Turbinenbasis geeignet für Windregime von Type Class I III Anpassung an Windregime idealerweise nur durch Änderung an Rotor und Turm Nennleistungsbereich zwischen 3 und 4MW Schalleistungspegel < 106 dba Turmvarianten für Gesamthöhen zw. <=150m bis 200m Technische Anforderungen 1. Möglichst einheitliches Lastniveau an Schnittstellen zu maschinenbaulichen Komponenten 2. Bestmögliche Ausnutzung des übertragbaren Drehmomentes 3. Auslegung einer Rotorlagerung für unterschiedlich große Rotoren 4. Nutzung von Skaleneffekten des elektrischen Systems (Umrichter á 750kVA * 0.9 = 675kW) Komplexe Suche nach passenden Turbinenauslegungen

9 4. Plattformauslegung 3.5 MW Plattformauslegung Seite Windgeschwindigkeit Rotordurchmesser Leistung / Rating Plattformbasis ENO126 ENO114 ENO110* Rotor 126 m Rotor 114 m Rotor 110 m Leistung 3500 kw Leistung 3500 kw Leistung 4000 kw Drehzahl Moment 11.2 min-1 ~3300 knm Drehzahl Moment 11.8 min-1 ~3200 knm Drehzahl Moment 12.7 min-1 ~3300 knm Windklasse IIIs Windklasse IIs Windklasse IA Fläche m² Fläche m² Fläche 9503 m² Rating 280 W/m² Rating 337 W/m² Rating 420 W/m² *nicht realisiert

10 5. Leichtbau im Rotorblatt EB61.6 mit Carbonfasergurt Seite Rotor bestimmt maßgeblich die Gesamtmaschinenlasten Neben inhärenter Aerodynamik bestimmen Masse und statisches Moment die umlaufenden Rotorlasten l Ms = Fm l Fm Einheitliches Lastniveau erfordert vergleichbare statische Momente und vergleichbare strukturelle Systemantwort länger werdendes Rotorblatt muss leichter und steifer werden Einsatz von Kohlefaser im EB61.6 zur Gewichtsreduktion bei Erhöhung der relativen Steifigkeit Statisches Moment maßgeblich für Lasten

11 5. Leichtbau im Rotorblatt EB61.6 mit Carbonfasergurt Seite Um 40% höhere Zugfestigkeit bei 40 % weniger Masse Einsatz von Carbon führt zu sehr ähnlichen Blattgewichten EB56 EB61.6 Gurtmaterial GFK CFK blade 2 Länge 56 m 61.6 m +10% Lochkreis 2.85 m 2.85 m = Blattmasse 16 t 15.5 t - 3 % Schwerpunkt 16.8 m 17.3 m 3 % Dicke Gurt 42 mm 38 mm -10% Gewicht je Gurt 1850 kg 1230 kg -33% Statisches Moment 269'000 kgm 269'000 kgm = Zwei Blätter, eine Form blade 1 blade 2 blade 1 blade 2 blade 1 Kohlefaser ermöglicht geringes Blattgewicht

12 5. Leichtbau im Rotorblatt Erreichte Lastniveaus Seite Schnitt: Welle / Nabe Schnitt: Blattflansch m = 4 DEL ENO114 M x M y M z M x (Edge) M y (Flap) M z (Pitch) [knm] [knm] [knm] [knm] [knm] [knm] DEL ENO Vergleich DEL 9.6% -2.0% -1.7% 7.4% -1.3% 54.7%

13 6. ENO126 Maschine Seite bis 1000kG Hubkran außenverzahnte Blattlager Vierpunkt- Rotorlagerung schleifringloser Synchrongenerator elektrische Blattverstellung drehzahlvariabler Azimutantrieb hydraulische Getriebelagerung

14 6. ENO126 ENO live train concept Seite Vierpunktlagerung des Rotors Zwangsfreie, hydraulische Getriebelagerung Homokinetische Generatorkupplung Nick- und Gierlasten nicht übers Getriebe Aktive Triebstrangdämpfung Serienmäßiges CMS Rotorlastunabhängige Getriebeaufhängung

15 68m 6. ENO126 Daten ENO126 Seite Komplett baugleiche Maschine wie Plattformbasis ENO114 Einzige Änderung ist Rotorblatt ENO126 Rotor 126 m Leistung 3500 kw Drehzahl 11.2 min-1 Moment ~3300 knm Windklasse IIIs Fläche m² Rating 280 W/m² V_tip 73.9 m/s Schall dba Nabenhöhen 117, 137 m 105m 7140m² A = 75% Identische Plattformbasis bei 20% mehr Rotofläche

16 6. ENO126 Ausblick Seite Plattformbasis in Serienproduktion Blatttests abgeschlossen Rotorblatt EB61.6 im Bau Auslieferung ENO126 ab 4. Qu Zukunft?

17 6. ENO126 Ausblick Seite Bisherige Validierungsergebnisse der Plattform vielversprechend Weiterentwicklung in Richtung Ausnutzung vorhandener Reserven (Materialeffizienz) Ergebnis? nächstes Jahr

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Seite Fragen gern! Stefan Bockholt eno energy GmbH eno energy systems GmbH Am Strande 2 e Rostock Germany Telefon +49 (0) Fax +49 (0) sales@eno-energy.com