Windrad-Kabel für Windenergieprojekte

In diesem Blog gehen wir für Sie gerne auf die zahlreichen verschiedenen Windrad-Kabel für Wind- und Energieprojekte ein. Welche Kabel innerhalb der Windräder benötigt werden, und welche für den Transport des erzeugten Stromes ab den Windrädern zum Stromnetz. Welche Windrad-Kabel genau benötigt werden, hat mit dem Standort des Projektes zu tun. Das kann auf dem Meer, an der Küste oder auf dem Festland sein. Offshore-Kabel und Offshore-Windräder haben viele gemeinsame aber auch viele unterschiedliche Eigenschaften.

Bevor wir hier tiefer drauf eingehen, erklären wir Ihnen kurz die Entwicklungen des Windenergiesektors. Wir beschreiben Ihnen die Unterschiede zwischen Onshore- und Offshore-Windradparks.

Allgemeine Statistiken über erneuerbare Energie

Weltweit besitzt Windenergie den größten Anteil des Wachstums erneuerbarer Energien, gefolgt von Wasserkraft und Sonnenenergie. Jährlich wächst der Windenergiemarkt und in 2014 überschritt er die Grenze von 50GW erzeugter Energie innerhalb eines Jahres. Somit wächst auch die Nachfrage nach Windrad-Kabel.

Dem ‘Global Wind Energy Council’ (GWEC) zufolge, wurden in 2014 € 277 Mrd. in erneuerbare Energien investiert. Weltweit stieg die Gesamtinvestition in Windenergie mit 11% auf einen Rekordwert von € 88 Mrd. Das war ein erheblicher Anstieg verglichen mit 2013 (€ 71.7 Mrd.) und 2012 (€ 72.3 Mrd.).

Kabel in den Windrädern

Windrad-Kabel spielen eine wichtige Rolle beim Transport von Energie, die durch Windräder erzeugt wird. Jedes Windrad besteht aus einer Triebwerksgondel, einem Turm und einem Fundament. In einem Windrad werden Kabel für unter anderem Übertragung, Verteilung, Steuerung und Datenübertragung genutzt.

turbine

Die meisten Windräder die sowohl Onshore als auch Offshore installiert werden, haben ein gängiges Design. Im oberen Teil der Windräder, der Gondel, sitzt der Generator mit einem Getriebe um den Gang zu wechseln. Es gibt auch Ausführungen ohne „Getriebegehäuse“. Normalerweise gibt es zwei Kabelarten, die in der Gondel genutzt werden (Abbildung Nacelle): Nieder- und Mittelspannungskabel. Die Niederspannungskabel werden für Steuerung, Daten- und Kommunikationssignale genutzt. Die Mittelspannungskabel transportieren den Strom nach unten und werden genutzt um das Getriebe zu bedienen.

Nieder- und Mittelspannungskabel für Windräder

wind turbine cables

Die Nieder- und Mittelspannungskabel wurden zur flexiblen Anwendung entworfen. Sie sollten über einen bestmöglichen Biegeradius verfügen. Der Grund hierfür ist, dass die Kabel aus dem Generator in der Gondel einige Meter nach unten in den Turm hängen. Die Gondel auf dem Windrad kann sich drehen. Die Windrad-Kabel sollten sich ohne Schwierigkeiten drehen können. Die Kabel müssen auch extrem hohen und niedrigen Temperaturen standhalten können. Meistens wird eine spezielle Gummi-Isolierung, ein Außenmantel oder ein Material mit vergleichbaren physischen Eigenschaften verwendet.

Die Systeme innerhalb der Windräder erfordern hochwertige und fortgeschrittene Steuer-, Elektro-, und Datenübertragungskabel sowie Glasfaserkabel um die Windräder zu steuern.

Die Steuerkabel sind flexibel und in der Regel gut gegen elektromagnetische Felder geschützt. Sie werden genutzt um Niederspannung und niedrige Frequenzsignale zur Steuerung des Motorantriebs, der Bremsen des Generators, der Gondelposition oder der Optimierung der Rotordrehzahl zu transportieren.

Elektronische- und Datenübertragungskabel werden zur Steuerung von elektronischen und mechanischen Anlagen genutzt. Sie werden zur Messung der Windgeschwindigkeit und Temperatur genutzt, sowie für die Parameter um Erfolge zu bestimmen. Diese Kabel sind üblicherweise elektromagnetisch (EMC) geschützt.

Glasfaserkabel werden für eine gute Datenübertragung genutzt, um das gesamte Windrad überwachen und kontrollieren zu können.

Eigenschaften von Windrad-kabel

Kabel die in der Gondel genutzt werden sollten ölbeständig sein: die Kabel können unbeabsichtigt hydraulischen Ölen ausgesetzt werden, sowie Ölen des Getriebes. Sollte das nicht der Fall sein, verhärtet sich die Isolierung oder schwillt an, auch wenn sie in Berührung mit Schmiermitteln kommt. Die Folge ist ein Verschleiß des Kabels, wobei im schlimmsten Fall Leiter freigelegt werden.

Andere notwendige Eigenschaften sind: verschleißfest, UV- und ozonbeständig, sowie widerstandsfähig gegen stark variierende Temperaturen zwischen -40°C und 90°C. Über die Jahre hinweg ist die Anfrage nach halogenfreien Kabeln mit niedriger Rauchentwicklung bei eventuellem Brand stets gestiegen.

Onshore- und Offshore-Windräder, die Unterschiede.

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Windräder können Onshore (an Land) und Offshore (auf See) aufgestellt werden. Die Onshore-Bedinungen unterscheiden sich von denen der Offshore-Bedinungen. Der wichtigste Unterschied ist die Luftströmung. An Land hat man mit Hindernissen wie zum Beispiel der Landschaft, Bäumen und Gebäuden zu tun. Diese stören den Luftstrom. Offshore befinden sich keine Hindernisse und es werden höhere Windgeschwindigkeiten erreicht. Der Ertrag ist höher, aber das Installieren der Windräder ist teurer.

Weitere Unterschiede zwischen Onshore- und Offshore-Windrädern werden in nachfolgender Tabelle aufgeführt.

  Onshore-Windräder Offshore-Windräder
Quellen
  • Windpotenzial für 2.000 Stunden pro Jahr.
  • Begrenzte Fläche verfügbar.
  • Windpotenzial für 4.000 Stunden pro Jahr.
  • Große Fläche verfügbar.
Dimensions
  • 1 – 3 MW Windräder.
  • Windradparks mit einer Kapazität von 10 – 50 MW.
  • Investitionen zwischen €30 und €70 Millionen pro Windradpark.
  • Bei optimalem Ertrag liefert eine Windrad innerhalb von 200 Minuten den Jahresbedarf eines gesamten Haushalts.
  • 3 – 7 MW Windrädern.
  • Windradparks mit einer Kapazität von 50 – 1.000 MW.
  • Investitionen zwischen €1 und €3 Milliarden pro Windradpark.
  • Bei optimalem Ertrag liefert eine Windmühle innerhalb von 40 Minuten den Jahresbedarf eines gesamten Haushalts.
Umgebung
  • (Wetter-) Bedingungen des Festlandes.
  • Unbegrenzter Zugang (24/7).
  • Schwere (Wetter-) Bedingungen auf See.
  • Abstand der Küste zwischen 1 und 70 Km.
  • Eingeschränkter Zugang wegen hohen Wellen und Sturm.
Fundamentierung
  • Platzieren auf einem soliden, festen Boden.
  • Standardmäßig auf einem gegossenem Betonboden.
  • Differing soil conditions (sand, clay, rock) and erosion.
  • Foundation type depends on water depth and soil consistency (e.g. monopoles, gravity, tripod).

Der Betrieb von Onshore-Windradparks

Windräder auf dem Festland werden in der Regel in Reihen aufgestellt. Die Windräder werden mit einem ‘Inter-Array’ Kabel miteinander verbunden. Dieses transportiert Elektrizität von den Windrädern zur Sub-Station oder direkt zum Elektrizitätswerk. Wenn die Elektrizität zu Sub-Stationen gebracht wird, wird dort die Spannung mit Hilfe von Energietransformatoren erhöht, um Übertragungsverluste zu vermindern. Die Elektrizität wird mit Transportkabeln weitertransportiert.

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Der Betrieb von Offshore Windradparks

Die Windräder eines Offshore Windradparks werden mit einem ‘Array’ Kabel (AC) miteinander verbunden. Dieses Kabel transportiert die erzeugte Elektrizität zur Transformatorstation auf dem Festland. Befindet sich der Windradpark sehr weit von der Küste entfernt, ist auch eine Transformatorstation im Meer platziert. Ein Offshore-Kabel (AC oder DC) verbindet die Offshore Transformatorstation mit dem Elektrizitätswerk auf dem Festland.

Für noch größere Abstände von der Küste wird eine Hochspannungs-Transformatorstation (HVDC) verwendet um die Elektrizität mit einem DC Kabel zum Festland zu transportieren. Für die Sicherheit sind diese Kabel bis zu 3 Meter im Meeresboden vergraben.

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References

E.ON (2012), Offshore Wind Energy Factbook.
E.ON (2013), Wind Turbine Technology and Operations Factbook.
International Energy Agency – IEA (2014). World Energy Outlook

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