Kleine Rotoren auf dem Vormarsch

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1 Wind Kleine Rotoren auf dem Vormarsch Im Schatten der Multimegawatt-Klasse wächst das Interesse an den Mini-Anlagen. Eine Investition lohnt sich aber nur dort, wo der Windstrom selbst verbraucht wird. Die Nachfrage ist groß das Angebot vielfältig. Diesen Eindruck nimmt man von der Messe new energy 2010 in Husum mit, die in diesem Jahr erstmals als Trendmesse für die Kleinwindkraft-Branche an den Start ging. Zahlreiche Hersteller aus dem Inund Ausland stellten sich mit den verschiedensten Mini-Windkraft-Techniken fast interessierten Besuchern vor. top agrar informiert Sie über den Stand der Technologie und gibt einen Überblick über die aktuellen Probleme der Branche. Vertikal oder Horizontal? Gerade neue Firmen präsentieren sich mit oft futuristisch anmutenden Konstruktionen (siehe Foto rechts). So setzen viele Neueinsteiger auf vertikale Rotoren. Dabei drehen sich die Flügel um die eigene Achse. Als Vorteile der Vertikalläufer gelten: n Sie sind relativ leise. n Der Betrieb ist von der Windrichtung unabhängig, eine Nachführung des Rotors ist nicht erforderlich. n Sie sollen turbulente Winde, die in Bodennähe häufiger auftreten, besser nutzen können als Horizontalläufer. Allerdings gibt es auch Nachteile: n Bei vergleichbarer Leistung sind Vertikalachser oft bauartbedingt schwerer als Horizontalachser. Entsprechend größer und stabiler müssen der Mast und das Fundament sein. n Zudem kann der Wind bei diesen Typen nicht alle Rotorblätter optimal anströmen. Denn der sich im Rücklauf befindende Flügel bewegt sich entgegen der Windrichtung und bremst die Anlage so teilweise wieder aus. Entscheidend bei der Auswahl der Anlage ist aber nicht die Form der Windkraftanlage, sondern deren Leistung. Gradmesser dafür ist die so genannte Vorherrschende Bauform von Kleinwindanlagen: Die Flügel übertragen die Drehbewegung der Rotoren auf eine horizontale Achse. 48 Vertikalläufer übertragen die Bewegung dagegen auf ihre vertikale Achse.

2 Die Messe in Husum stand ganz im Zeichen der kleinen Turbinen. Neben bewährter Technik gab es auch viele neue Windkraftanlagen zu bestaunen. Leistungskurve, die Sie in den Unterlagen des Herstsellers finden. Achten Sie dabei auf folgende Punkte: n Die Geschwindigkeit, bei der eine Mühle anfängt Strom zu erzeugen, sollte möglichst niedrig sein. Ideal ist eine Startgeschwindigkeit von 2 bis 3 m/s. n Je steiler der Kurvenverlauf, desto leistungsfähiger das Windrad. Einige Hersteller versprechen physikalisch nicht zu erreichende Windausbeuten. Windräder können egal ob groß oder klein, horizontal oder vertikal nur 59 Prozent der im Wind enthaltenen Energie in Strom umwandeln. In der Regel ist ein Wirkungsgrad zwischen 30 und 40 Prozent realistisch. Bei deutlich höheren versprochenen Wirkungsgraden entlarvt sich so mancher Hersteller als Scharlatan. Fragen Sie außerdem die Hersteller nach Referenzen! Sprechen Sie mit Anlagenbetreibern über Ihre Erfahrungen mit der Technik und kaufen Sie nicht die Katze im Sack. Seriöse Hersteller haben bereits einige Anlagen im Betrieb und 49

3 Wind höhere Vergütung gibt, lohnt sich die Investition in die Technik also derzeit nur, wenn sie den Stromzukauf aus der Steckdose reduziert. Die Größe der Windkraftanlage sollte sich daher an Ihrem Stromverbrauch orientieren. Die Nennleistung der Anlage in Kilowatt sollte von daher die Grundlast Ihres Betriebes nicht übersteigen, da Sie ansonsten den überschüssigen Strom ins öffentliche Netz einspeisen müssten. Wie groß die Windmühle genau sein sollte, lässt sich allerdings pauschal nicht beantworten. Ziehen Sie am besten einen Windkraftexperten Ihrer hiesigen Landwirtschaftskammer für die Planungen hinzu. Ausführliche Infos dazu finden Sie in top agrar 10/2007 (Seite 100) und im Energie Magazin 3/2009 (Seite 36). Eigenverbrauch vor Einspeisung: Der Wechselrichter sollte genau auf die Windkraftanlage abgestimmt sein. Fotos: Dylka (3), Birresborn (new energy), Hersteller können Ihnen die Adressen der Betreiber nennen. Der Standort entscheidet über den Ertrag Neben der Auswahl der richtigen Technik, stellt sich die Frage nach dem Standort für die Mühle. Hier ist zu klären, wie der geplante Standort zur Hauptwindrichtung liegt und wie dort die Windverteilung ist. Doch ob ein Standort über genügend Wind verfügt, ist leider nur relativ schwer zu ermitteln. Ein Windgutachten, wie es bei der Planung von Großanlagen erstellt wird, übersteigt mit bis zu Euro unter Umständen den Wert einer Kleinwindanlage. Auch Windkarten vom Deutschen Wetterdienst sind für die kleinen Windräder mit niedrigen Masthöhen nicht geeignet. Diese Werte berücksichtigen keine bodennahen Turbulenzen durch Bäume oder Gebäude. Und solche Einflüsse können sich ganz empfindlich auf den durchschnittlichen Ertrag auswirken. Um also verlässliche Werte zu erhalten, sollte man am geplanten Standort über mehrere Monate (am besten ein Jahr) ein Windmessgerät in gewünschter Nabenhöhe installieren. Solche Anemometer messen die Windgeschwindigkeit, errechnen Mittelwerte und teilen diese in Windklassen ein. So kann man die Er- 50 tragserwartung relativ gut abschätzen. Einige Hersteller bieten solche Messgeräte sogar zur Miete an (etwa bis pro Jahr). Sollte sich der Standort als günstig erweisen, wird die Miete hinterher dem Kaufpreis der Anlage angerechnet. Wenn Sie in der glücklichen Lage sind und über einen idealen Standort verfügen, stellt sich die Frage: Sollte man den Strom selber verbrauchen oder einspeisen? Einsparen besser als Einspeisen Während andere EU-Staaten Kleinwindanlagen bereits fördern, wird der deutsche Markt derzeit noch von der geringen Vergütung gebremst. Denn der ins Netz eingespeiste Windstrom wird nach derzeitigem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wie bei den großen Anlagen mit nur etwa neun Cent pro Kilowattstunde vergütet. Die Windkraftbranche fordert darum für Deutschland, dass die kleinen Windräder in der nächsten Überarbeitung des EEG mit einer höheren Vergütung bedacht werden. Der Bundesverband Windenergie tritt dafür ein, die Einspeisevergütung etwa auf das Niveau des derzeitigen Hausstromtarifs von derzeit rund 20 Cent anzuheben. Solange es für den Windstrom keine Baugenehmigung als Hürde Als Hemmschuh für die Branche erweist sich in Deutschland außerdem die uneinheitliche Genehmigungspraxis. In fast allen Bundesländern muss für die Errichtung einer Kleinwindkraftanlage ein Bauantrag gestellt werden. Die Regelungen fallen dabei von Bundesland zu Bundesland unterschiedlich aus. In vielen örtlichen Behörden betreten Antragsteller häufig Neuland. Nicht selten wird man durch Unwissenheit der Beamten mit dem aufwändigerem Genehmigungsverfahren für eine große Windenergieanlage konfrontiert. Schleswig-Holstein geht mit einem im Februar erneuerten Genehmigungsverfahren voran: Der Erlass erlaubt grundsätzlich die Aufstellung von Kleinwindanlagen im Außenbereich bis zu einer Höhe von 30 m. Auch Niedersachsen hat die Potenziale der Eigenversorgung erkannt und will mit einer parlamentarischen Initiative zu einem vereinfachten Verfahren kommen. Landwirtschaftliche Betriebe sind hier grundsätzlich besser dran. Hofbezogene Anlagen, die sich auch optisch dem Betrieb zuordnen lassen, dürfen als privilegierte Anlagen errichtet werden, sofern der Betrieb mehr als die Hälfte des er- Alles über die Leistungskurve von Windkraftanlagen und wie Sie den Wirkungsgrad einer Anlage selber berechnen, finden Sie im Energie-Magazin 3/2009 oder im Internet unter:

4 Tipps für den Bauantrag Eine Möglichkeit, auch die Qualität sowie die potenzielle Leistung von Kleinwindkraftanlagen sicherzustellen, wären einheitliche Zertifizierungen. Gesellschaften wie der Germanische Lloyd führen bereits solche Typenprüfungen durch. Dabei geht es vor allem um die Sicherheit der Anlagen. Nicht selten kommt es vor, dass die Mini-Anlagen Schäden bei Sturmböen nehmen. Doch gerade neue und kleine Hersteller kön- j 1. Bauantragsformulare: Besorgen Sie sich alle nötigen Unterlagen von Ihrem Bauamt. j 2. Projektbeschreibung: Beschreiben Sie das Projekt genau. Stellen Sie möglichst viel Material über die geplante Anlage und die Nutzung zusammen, damit die Entscheider sich ein realistisches Bild von der geplanten Anlage machen können. j 3. Übersichtskarten: Markieren Sie, wo genau die Anlage stehen soll und wie sie sich in das Gelände einfügt. j 4. Amtliche Lagepläne: Zur baurechtlichen Bearbeitung sind amtliche Lagepläne erforderlich (Bauamt). j 5. Beschreibung des Standortes: Beschreiben Sie den geplanten Standort der Anlage so genau und umfangreich wie möglich. Legen Sie z. B. eine Fotomontage oder eine perspektivische Zeichnung bei. So kann sich die Behörde ein gutes Bild von Ihrem Vorhaben machen kann. j 6. Beschreibung der Anlage: Beschreiben Sie die Anlage so genau wie möglich. Fügen Sie Fotos und technische Zeichnungen bei, nach denen man sich ein möglichst genaues Bild von der Anlage machen kann. Ein Nachweis über die Sicherheit, wie eine Typenprüfung oder ein Zertifikat nach IEC erleichtert die Genehmigung. j 7. Nachweis aller Kosten: Fertigen Sie eine detaillierte Kostenaufstellung des Vorhabens an. j 8. Baugrund: Je nachdem, wo die Anlage aufgestellt werden soll, ist eine Beurteilung und ein Gutachten des Baugrundes nötig. j 9. Statik: Fügen Sie die statischen Berechnungen der Windkraftanlage und die Mastkonstruktion Ihren Unterlagen bei. j 10. Schall: Der Nachweis von Schallimissionen ist besonders im Innenbereich wichtig. Fragen Sie den Hersteller nach entsprechenden Gutachten und fügen Sie diese den Unterlagen bei. j 11. Schattenwurf: Machen Sie mit Hilfe der Pläne und Karten deutlich, wie der Schattenwurf der Anlage sein wird. j 12. Nachbarn: Die Zustimmung der Nachbarn ist nicht unwichtig. Informieren Sie Ihre Nachbarn möglichst früh über Ihr Vorhaben. j 13. Handbuch der Kleinwindanlage: Stellen Sie alle Betriebsunterlagen für Ihre Windkraftanlage zusammen und zeigen Sie, wie die unabhängigen Sicherheitseinrichtungen funktionieren. Quelle: Bundesverband Kleinwindanlagen. Mehr Infos auch unter: zeugten Stromes selber verbraucht. Anlagen, die bereits über Prüfungen und Zertifikate verfügen, nehmen zudem auch die Hürde der Genehmigung leichter. Was Sie auf dem Weg zum Bauamt beachten sollten und wie Sie sich optimal vorbereiten, hat der Bundesverband Kleinwindanlagen zusammengefasst (Kasten oben). Zertifizierung fordern nen sich das teure Zertifizierungs-Verfahren oft nicht leisten. Dem Markt würden einheitliche Standards jedenfalls gut tun und schwarze Schafe unter den Herstellern würden schneller entlarvt werden. Fazit Das kleine Geschäft mit dem Wind lohnt sich nur, wenn Sie den größten Teil des Stromes selbst verbrauchen. Der Markt bietet derzeit noch eine überschaubare Auswahl an Kleinwindkraftanlagen, die sich für die Landwirtschaft eignen. Horizontalläufer gelten dabei als ausgereifter. Wenn Ihr Standort über genügend Wind verfügt, sollten Sie bei der Auswahl der Anlage unbedingt auf gebaute Stückzahlen und Referenzen achten! Jan-Martin Küper Auf den nächsten Seiten finden Sie eine Übersicht ausgewählter Anlagen j j j 51

5 Wind Horizontalläufer bis 10 kw Vertikalläufer 15 kw Aircon hat bereits einige Anlagen in Deutschland im Betrieb. Aircon 10 S Die Firma Aircon aus Leer gehört ebenfalls zu den Etablierten in der Branche. Gerade befindet sich das 10-kW-Windkraftrad der Niedersachsen in der Zertifizierungsphase nach IEC-Standard. Die Aircon 10 S sieht aus wie ihre großen, getriebelosen Schwestern nur im Mini-Format. Auf der Gondel sitzt ein Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsmesser. Ein Azimutantrieb führt die Anlage dem Wind nach. Nach Erreichen der Volllast führt die Anlage einen Strömungsabriss an den Rotorblättern herbei (Stall-Effekt). Über Langlöcher lassen sich die Flügel dem jeweiligen Windstandort optimal anpassen. Der getriebelose Spark-Generator arbeitet als Synchronmaschine mit permanent erregtem Axialfeld und Ringkernwicklung. Er ermöglicht einen drehzahlvariablen Betrieb der Anlage. Die elektronische Steuerung der Aircon 10 S stammt von Siemens. Mit ihr ist auch eine Ferüberwachung möglich. Derzeit entwickeln die Leeraner gerade eine neue Anlage, die im 30-kW-Bereich liegen wird. Die 6-kW-Anlage von EasyWind ist nach IEC-Standard zertifiziert. EasyWind 6 AC Die Firma EasyWind aus Langenhorn in Schleswig-Holstein ist mit ihrer vierflügeligen Kleinwindanlage bereits seit 1989 am Markt. Die 6-kW-Anlage ist die erste nach IEC-Norm in Deutschland zertifizierte Kleinwindanlage. Im Gegensatz zu anderen Anlagen ist die EasyWind-Anlage weniger aufwändig gebaut. So erfolgt die Windausrichtung nicht über einen Azimutantrieb, sondern durch eine Windfahne. Auch bei Sturm soll die Anlage sich nicht abschalten. Dafür sorgt eine passive Pitch-Regelung, die die Flügelstellung den jeweiligen Windverhältnissen anpasst. EasyWind bietet die Anlage in zwei Ausführungen an: Die EasyWind 6AC arbeitet mit einem polumschaltbaren Asynchrongenerator und kann den Strom ohne Wechselrichter direkt ins Netz einspeisen. Die EasyWind 6DC arbeitet dagegen mit einem 3- phasigen-wechselrichter. Dieser Anlagentyp eignet sich insbesondere für Inselsysteme. Neu ist, dass EasyWind seine Anlagen jetzt auch mit Erdankern ohne Betonfundament montiert. Der Vertikalläufer braucht keine Windnachführung. SFTV15 Die Firma Silent Future-Tec ist mit ihren vertikalen Kleinwindkraftanlagen relativ neu am Markt. Die Österreicher haben drei Vertikalläufer mit 4,2, 7,5 und 15 kw im Programm. Die 15-kW-Anlage SFTV15 ist aus Glasfaser und kohlefaserverstärkten Kunststoffen gebaut. Der Vertikalläufer hat einen Rotordurchmesser von 8 m. Vorzugsweise wird dieser bei der 15-kW-Anlage auf einem 19 m hohen Stahlturm montiert, der sich zur Montage kippen lässt. Die kleineren Turbinen kommen mit geringeren Turmhöhen klar und eignen sich auch für die bodennahe Installation. Sie sollen laut Hersteller auch bei turbolenten Winden sichere Ertragswerte erzielen. Um die Windverhältnisse am geplanten Standort auszuloten, hat Silent Future-Tec ein Windmessgerät im Programm. Anlagenplaner können den Windklassierer sowohl mieten, als auch kaufen. Das Gerät zeichnet alle Winddaten auf. Miete oder Kaufpreis rechnen die Österreicher beim Kauf einer Anlage anteilig an. 9,8 kw Nennwindgeschwindigkeit: 11 m/s Einschaltgeschwindigkeit: 3,5 m/s 7,13 m Nabenhöhe(n): 12/18/24/30 m Nennwindgeschwindigkeit: Einschaltgeschwindigkeit: Nabenhöhe(n): 6 kw 10,6 m/s 3,0 m/s 6 m 7/13/19 m 15 kw Nennwindgeschwindigkeit: 11 m/s Einschaltgeschwindigkeit: 3,0 m/s 8 m Nabenhöhe(n): 7/13/19 m 52

6 Horizontalläufer über 10 kw Im September bringen die Dänen diese 25-kW-Anlage auf den Markt. Viking 25 Auf der Messe präsentierten sich auch neue Anbieter dem Fachpublikum. Die Firma HS Wind z.b. ist ein junges Unternehmen aus Randers in Dänemark. Vor gut einem Jahr haben sich winderfahrene dänische Designer und Entwickler ans Werk gemacht und die Viking 25 entwickelt. Die dreiflügelige Viking erreicht bei einer Windgeschwindigkeit von 12 m/s eine Nennleistung von 25 kw. Sie gehört mit knapp 13 m Rotordurchmesser schon zu den größeren Kleinwindanlagen. Die Rotoren sind aus Glasfaser-Material gefertigt. Die Gondel mit Getriebe und Generator verfügt über eine aktive Windnachführung. Bei Volllast-Windgeschwindigkeit dreht die Elektronik die Glasfaser-Rotoren aus dem Wind (Stall-Effekt). Der Turm lässt sich samt Gondel für Wartungs- und Servicearbeiten auf dem Boden ablegen. Die Viking 25 befindet sich derzeit in der Zertifizierungsphase nach IEC Standard und kommt voraussichtlich ab September auf den deutschen Markt. WinDual vertreibt das Kleinwindrad mit 22- bzw. 30-kW-Generator. H22K-S Ebenfalls frischen Wind bringen die Mühlen von Hannevind aus Schweden auf den Markt, die in Deutschland von der Firma windual vertreibt. Die Skandinavier haben horizontale Anlagen mit 5,5 bis 30 kw im Programm. Ab Oktober wird eine Anlage mit 45 kw das Angebot ergänzen. Interessant im oberen Leistungsbereich ist dabei die Windkraftanlage H22K-S bzw. H30K- S, ein Anlagentyp, der mit zwei verschiedenen Asynchrongeneratoren ausgestattet werden kann. In der H22K-S liefert der Generator eine Nennleistung von 22 kw ab, in der größeren Ausführung sogar 30 kw. Die angegebenen Leistungen erreichen die Horizontalläufer laut Hersteller bereits ab einer Windgeschwindigkeit von 9 m/s. Damit ergibt sich auch bei niedriger Windgeschwindigkeit ein hoher Ertrag. Die Rotorblätter mit einem Durchmesser von 13 m sind aus einem Verbundwerkstoff mit Karbonfaser gefertigt. Die aktive Windnachführung erfolgt mittels Azimutantrieb. Für die Netzeinspeisung ist kein Wechselrichter nötig. Die Zertifizierung ist noch für dieses Jahr geplant. Nennwindgeschwindigkeit: Einschaltgeschwindigkeit: Nabenhöhe: 25 kw 12 m/s 3,0 m/s 12,7 m 18 m 22 kw/30 kw Nennwindgeschwindigkeit: 9 m/s Einschaltgeschwindigkeit: 3,0 m/s 13 m Nabenhöhe(n): 18/24/30/36 m 53