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Ein Windkraftanlagenhersteller beauftragte die Stromag mit der Entwicklung eines modular aufgebauten Rotorbremsenpakets, das die erforderlichen 190 kN Bremskraft für seine neue 10-MW-Windkraftanlage aufbringen konnte.

Offshore-Windkraftanlagen haben sich in den vergangenen 30 Jahren von einer exotischen Variante zu einer bedeutenden Energieressource entwickelt. 1991 nahm vor der Küste Dänemarks der erste Offshore-Windpark mit einer Gesamtleistung von 4,95 MW den Betrieb auf¹ . Seit diesen bescheidenen Anfängen hat die Notwendigkeit, die CO2-Bilanz des Energiesektors zu verbessern, dem Offshore-Windmarkt einen Boom beschert. Weltweit wurden 2017 neue Offshore-Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 4.331 MW installiert, Das entspricht einem Zuwachs von 95 % gegenüber 2016² . Die Offshore-Windenergie ist schnell zu einer unverzichtbaren Energiequelle geworden.

Zu verdanken ist dieser rasche Erfolg den technischen Fortschritten. Viele der heute betriebenen Windkraftanlagen erreichen eine Leistung von bis zu 12 MW. Maximale Leistungsabgabe ist seit jeher treibende Kraft bei der Konstruktion von Windkraftanlagen. Weil mehr Strom in das Netz eingespeist werden kann, sind große Windkraftanlagen als Energiequelle rentabler, denn die höhere Leistungsabgabe verbessert den Return on Investment (ROI) für den Betreiber. Angesichts des zunehmenden Umweltbewusstseins der Regierungen, der Industrie und der Öffentlichkeit hat die technische Weiterentwicklung von Windkraftanlagen eine starke Eigendynamik entwickelt, die den Herstellern einiges abverlangt.

Um den Anforderungen immer ambitionierterer Offshore-Windparkprojekte gerecht zu werden, arbeiten die Hersteller ständig an Neuentwicklungen mit noch höherer Leistung. In der Regel bedeutet das größere Rotoren, denn je größer der Rotor, desto effizienter kann die Windenergie zur Stromerzeugung genutzt werden. Die neuen Designkriterien bedeuten eine Herausforderung für die Zulieferer, die elementare Baugruppen mit entsprechender Belastbarkeit neu entwickeln müssen.

Rotorbremsen sind hierfür ein gutes Beispiel, weil die großen, modernen Windkraftanlagen leistungsfähigere Bremssysteme benötigen. Windkraftanalgenherstellerersteller müssen daher bereits in der Design-Phase mit kompetenten Modul- und Systemlieferanten zusammenarbeiten, damit die Bremsen (und andere elementare Baugruppen) leicht zu integrieren sind und die hohen technischen Anforderungen erfüllen.

Ein bedeutender Windkraftanlagenhersteller wandte sich mit dem Lastenheft für die Rotorbremse seiner neuen 10-MW-Anlage an die Stromag, einen der Branchenführer in der Entwicklung und Herstellung von Rotor- und Azimutbremsen für Windkraftanlagen. Stromag ist eine Marke von Altra Renewable Energy, einer Familie führender Anbieter von Antriebslösungen für den grünen Energiesektor. Die gewaltige Windkraftanlage hat einen Rotordurchmesser von über 160 m und kann rund 6.000 Haushalte mit Strom versorgen.

Die Rotorbremsen erfüllen bei Offshore-Windkraftanlagen eine Reihe wichtiger Aufgaben. Vor allem verhindern sie durch dynamisches Bremsen, dass der Rotor bei Starkwind in Überdrehzahl gerät. Überdrehzahl kann elementare Komponenten in der Windturbine schädigen, wenn die Bemessungsgrenzen überschritten werden. Zuverlässige Rotorbremssysteme sind daher extrem wichtig für den langfristig effizienten Betrieb der Anlagen. Rotorbremsen können zugleich als Wartungsbremsen bei Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten fungieren. In diesem Fall kommt es auf eine zuverlässige Funktion als Feststellbremse an.

Die Bereitstellung eines Rotorbremssystems für einen Rotor mit 160 m Durchmesser verlangt engste Zusammenarbeit von Anfang an. Zum Glück kannten sich die Ingenieure von Altra Renewable Energy und des Turbinenherstellers aus jahrelanger Zusammenarbeit an kleineren Anlagen. Dank der engen Kooperation bei der Erstellung des Lastenhefts der neuen Windkraftanlage konnte das Bremssystem bereits in frühe Modelle und Prototypen integriert werden, um die optimale Erfüllung aller Anforderungen zu gewährleisten.

Im hauseigenen Bremsentestzentrum führte Altra Renewable Energy umfassende Analysen aller infrage kommenden Konfigurationen für die Rotorbremse durch. Letztendlich fiel die Wahl auf eine hydraulisch betätigte Rotorbremse der Serie CB90R die alle Anforderungen an die dynamische und statische Bremsfunktion erfüllen konnte. Im Rahmen der Tests wurde auch die optimale Konfiguration ermittelt: Anstatt eines einzigen, großen Bremssattels erwies sich in dieser Anwendung eine Kombination von drei kleineren CB90R als leistungsfähiger. Dank der flexiblen, modularen Bauweise der CB90R war diese Konfiguration leicht zu realisieren. Zusammen könnten diese Bremsen eine Bremskraft von bis zu 190 kN ausüben.

Das Bremssystem wurde als Teil der Generatorbaugruppe bei den ersten Prototypen der Anlage verbaut und mitgetestet. Nachdem die Erprobung erfolgreich war, wurde die CB90R-Dreierkonfiguration als Bremssystem für alle zukünftigen 10-MW-Modelle spezifiziert. Um die Instandhaltung zu erleichtern, sind außerdem die Bremsbeläge der CB90R schnell und einfach auszutauschen. Hierdurch reduzieren sich die Stillstandszeiten. Eine weitere sehr positive Eigenschaft ist das einzigartige Material des Reibbelags, das selbst bei einem gewissen Grad der Ölverschmutzung seine Leistungsfähigkeit behält. Auch die Fähigkeit, Erprobungen im eigenen Haus durchzuführen, war ein schlagkräftiges Argument für die Zusammenarbeit mit der Stromag.

Der Trend zu immer größeren, immer leistungsfähigeren Windkraftanlagen ist ungebrochen. Je größer jedoch die Belastungen sind, denen die Anlagen standhalten müssen, desto wichtiger wird für die Hersteller die Zusammenarbeit mit innovativen Zulieferern, die die technischen Herausforderungen meistern können. Als eine führende Marke der Altra Industrial Motion Corporation leistet die Stromag weltweit technischen Support und beteiligt sich von Anfang an am Entwicklungsprozess, um flexible, robuste und zuverlässige Bremslösungen zu gewährleisten. Mit der Stromag als Partner können Windkraftanlagenhersteller dem nächsten großen Entwicklungsprojekt gelassen entgegensehen.

1 [http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/reports/Offshore_Report.pdf]

2 [https://gwec.net/global-figures/global-offshore/]