Kleinwindenergieanlagen sind eine wirtschaftliche Lösung, wenn der erzeugte Strom auch selbst verbraucht wird. Anlagen von RLE International, die mit einer modularen Regelelektronik ausgestattet sind, sorgen dafür, dass sich ihre Betreiber nicht über steigende Strompreise ärgern müssen.
Im Bereich der Windenergie gilt Deutschland weltweit als Vorreiter. Diese Aussage trifft allerdings nicht zu, wenn es um die Entwicklung, Fertigung und Errichtung von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) geht. Während viele im Umfeld der Multimegawattanlagen tätige Hersteller samt ihrer Technologie- und Komponenten-Lieferanten in Deutschland beheimatet sind, haben die meisten Hersteller von KWEA ihren Sitz im Ausland. Ein Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen Voraussetzungen für eine staatliche Förderung. So wird in Deutschland für jede aus Windenergie erzeugte Kilowattstunde Energie unabhängig von der jeweiligen Anlagengröße rund neun Cent vergütet. Im Gegensatz dazu haben zahlreiche andere Länder spezielle Förderungen für Anlagen unterhalb bestimmter Leistungswerte aufgelegt. Trotz dieses Ungleichgewichts wächst auch die Zahl der im Inland aufgestellten KWEA kontinuierlich.
Dies resultiert zum einen aus der zunehmenden Effizienz der kleinen Installationen und zum anderen aus den steigenden Strompreisen. Denn verbraucht der Betreiber den von seiner Kleinwindenergieanlage generierten Strom selbst, errechnet sich der Gegenwert nicht aus der Einspeisevergütung von neun Cent, sondern aus den eingesparten Energiekosten, die in der Regel deutlich höher sind.
Einer der wenigen heimischen KWEA-Hersteller, der den boomenden deutschen Markt mit innovativen Lösungen beliefert, ist RLE International. Das 1985 gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Köln beschäftigt weltweit heute mehr als 1300 Mitarbeiter. 2005 wurde RLE nova ins Leben gerufen, um die Aktivitäten bei der Entwicklung zukunftweisender Technologien in den Bereichen Windenergie, Elektrofahrzeuge und Leichtbaumaterialien zu vereinen. Die am Standort Overath ansässige Gruppe Nova-wind erarbeitet und vermarktet Kleinwindenergieanlagen, deren Design vom Know-how und den Erfahrungen anderer Geschäftsbereiche wie der Aerodynamik und Mechanik profitiert. Während der Inbetriebnahme des ersten Prototyps erkannten die Verantwortlichen jedoch, dass sie für die Steuerungselektronik einen kompetenten Partner benötigen. Mit Phoenix Contact wurde ein Automatisierungsspezialist gefunden, der in kurzer Zeit eine Lösung für die Regelelektronik konzipiert und in die KWEA integriert hat.
Herzstück der Regelelektronik ist die Kleinsteuerung ILC 170 ETH 2TX, mit der eine ausreichende Anzahl an Sensoren und Aktoren erfasst und gesteuert werden kann. Gleichzeitig verfügt der Inline Controller über genügend Rechenleistung, um auch die komplexere Pitch-Steuerung zu übernehmen. Stefan Rohr, Projektleiter bei RLE International, hat die Performance der Steuerung überzeugt: „Das Gerät weist sogar noch Reserven auf, so dass wir Änderungen und Erweiterungen am Prototypen überprüfen können.“
Kombination aus aktivem und passivem Pitch
Die Herausforderung lag in der Programmierung des Regel-Algorithmus, denn die KWEA umfasst sowohl einen aktiven als auch einen passiven Pitch. Aufgrund dieser Konstellation lässt sich in den passiven Pitch eingreifen und beispielsweise eine Bremsfahrt über das Pitch-System realisieren. Der Vorteil des passiven Pitch-Systems besteht vor allem in der Möglichkeit, starke Böen abzufangen. Aus der Aktiv-/Passiv-Kombination ergibt sich also ein vielfältiger Nutzen bei der Drehzahlregelung der Anlage. Die Regelung des Gesamtsystems gestaltet sich jedoch schwierig, weil aktiver und passiver Pitch miteinander arbeiten.
Eine Testphase zeigte, dass es am effektivsten ist, wenn sich die aktive Regelung so lange wie möglich nicht in den Prozess einschaltet. Auf diese Weise kann der passive Pitch seine Stärken ausspielen und die KWEA läuft gleichmäßig und ruhig. Der aktive Pitch kommt hauptsächlich dann zum Einsatz, sobald der Pitch-Winkel windunabhängig verstellt werden soll, beispielsweise bei einer Notfahrt oder zum sanften Starten der Anlage. Darüber hinaus ermöglicht der aktive Pitch eine bessere Kontrolle im oberen Leistungsbereich. Dadurch lässt sich die KWEA bei Überdrehzahl länger am Netz halten, sodass mehr Strom erzeugt wird.
Die Leistungsmessklemme aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten stellt eine weitere Besonderheit bei der Steuerung der Kleinwindenergieanlagen dar. Mit dem an den ILC 171 ETH 2TX anreihbaren Modul kann die Leistung der Anlage direkt gemessen und indirekt auch die Drehzahl überprüft werden. Neben den Sensorwerten erhält die Steuerung also immer Vergleichswerte. So lässt sich die Sicherheit der Anlagen erhöhen, da zum Beispiel eine Überdrehzahl schnell und zuverlässig erkannt wird.
Umfangreiche Bibliothek zur Erstellung des Programmcodes
Bei der Ausrüstung der KWEA von RLE tritt Phoenix Contact als Komplettanbieter für die Steuerungselektronik auf. Der Blomberger Automatisierungsspezialist liefert nicht nur die Komponenten, sondern fertig aufgebaute Schaltschränke. Dabei ist jede Kleinwindenergieanlage mit einer Topbox ausgestattet, die sich in der Gondel befindet, und einer am Fuß außerhalb der Anlage montierten Bottombox. Durch diese Aufteilung lassen sich lange Kabelwege von den Sensoren zur Steuerung vermeiden. Eine in der Gondel verbaute Topbox sammelt die Signale ein und leitet sie über eine Sensorleitung an die Bottombox weiter. Hier sind alle übrigen Komponenten wie die Steuerung, die Strommessung und die Kommunikationstechnik montiert. RLE rüstet die Kleinwindenergieanlage standardmäßig mit einem Modem aus. Auf diese Weise kann der Betreiber jederzeit auf die KWEA zugreifen und beispielsweise aktuelle Leistungsdaten abfragen. Stefan Rohr erklärt: „Durch die Kooperation mit Phoenix Contact haben wir uns auf den Aufbau der aerodynamischen Komponenten konzentriert. Die Steuerung lässt sich einfach als Plug-and-Play-System ankoppeln“.
Carsten Schröder Industriemanagement Wind, Phoenix Contact, Bad Pyrmont
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