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Netzrückspeisung mit Turbine, Wind- oder Wasserrad oder am Dieselgenerator etc. auch ohne Getriebe  

Leistungen von Windrädern, Wassermühlen, schnelldrehenden Gas-/Wasserturbinen können über unsere Asynchron-Generatoren in Verbindung mit unseren Frequenzumrichtern und Rückspeiseeinheiten ins öffentliche 400 V3AC-50 Hz oder 60 Hz-Netz zurückgespeist werden. Die Drehzahl darf variabel sein.

Der Motor ist robust und bis auf das Lager völlig wartungsfrei. In der Regel je nach Drehzahl müssen die Lager erst nach 50000 bis 80000 Stunden bei den langsamlaufenden Motoren ausgetauscht werden.

Zwecks evtl. öffentlicher Förderung und Installation vor Ort (2.Zähler; Sicherung bei Netzausfall (ENS); etc.) ist mit Ihrem Energieversorger und Ihrem örtlichem Elektroinstallations-Fachbetrieb Rücksprache zu nehmen.

Netzrückspeiseeinheit (Wechselrichter)	Asynchrongenerator  z.B. mit Fremdlüfter	Zwischenkreisenergiespeicher  (Frequenzumrichter)

Der Zwischenkreisenergiespeicher (Frequenzumrichter)  ist für Drehzahlen zwischen 1 U/min bis zur max. möglichen Drehzahl des Motor mit voller Ausnutzung der zu Drehzahl/Nenndrehzahl proportionalen Leistung ausgelegt. Die Rückspeiseleistung (= Bremsmoment am Motor) ist am Zwischenkreisenergiespeicher (Frequenzumrichter) über ein Potentiometer (oder 0-10 VDC) einstellbar. Die Leistung wird mit der Netzrückspeiseeinheit (Wechselrichter) E145/SVCD(S) aus dem Zwischenkreisenergiespeicher (Frequenzumrichter) phasen-/spannungs- und frequenzsynchron zurückgespeist. Die Motoren sind auch mit einer angebauten elektromechanischen Sicherheitsbremse (zur Einhaltung der TÜV-Vorschriften) lieferbar, dessen Bremsmoment viel höher als das max. mögliche Drehmoment bei Sturm sein kann. Wenn das volle Motornenn-Drehmoment bei geringer Drehzahlen gebremst werden soll - dann benötigt der Motor einen optionalen Fremdlüfter (bei Wind- und Wasserrädern ist das Drehmoment nicht gleichbleibend, sondern quadratisch und daher ein Fremdlüfter nicht erforderlich).

Unsere Asynchronmotoren können sich in der Regel auch schneller als mit Nenndrehzahl drehen. Das Bremsmoment fällt jedoch ab, wobei das Rad dadurch weniger gebremst wird und dann noch schneller läuft; die Leistung bleibt mit zunehmender Drehzahl über der Nenndrehzahl des Motors konstant. Daher ist evtl. eine max. Drehzahlregulierung vorzusehen. (Siehe auch weiter unten: Schutz vor Überlast)

Für Inselbetrieb (ohne Netzanschluss) ist diese Applikation nicht verwendbar.

Hierfür bieten wir Ihnen folgende Produkte an:

1. Begrenzung: Wir bieten unseren Kunden unsere absolut verschleißfreien permanent magnetische Hysteresekupplungen Serie G180/HSV oder G180/HLV z.Zt. nur bis 5 Nm bzw. die permanentmagnetische Synchronkupplung Serie G180/MKD bis 150 Nm oder die permanentmagnetische Sicherheitskupplung Baureihe G180/MK/SV bis 500 Nm an, welche ein sofortiges ohne Zeitverlust (Reaktionszeit = 0 ms), stetiges und weiches Durchrutschen bei Drehmomentbegrenzung (einstellbar), sowie  weiche Anfahrtsmomente bieten. Das Nennmoment (alters- und betriebsunabhängig) bleibt auch bei häufigen Überlastzyklen konstant erhalten und die zu verbindenden Wellen können mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Der Einsatz ist auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet.


Funktion der permanent magnetische Hysteresekupplungen : Bei dieser Kupplungsreihe ist eine Kupplungshälfte statt mit Permanentmagneten mit einem Hysteresebelag bestückt. Dieses hyteresematerial wirkt ähnlich den Permanentmagneten, läßt sich jedoch mit geringem Energieaufwand umpolen. Sollte nun das Nennmoment der Kupplung überschritten werden, beginnt die Kupplung durchzurutschen. Dabei nimmt das Hysteresematerial durch das ständige Umpolen durch die vorbei drehenden Permanentmagnete Energie vom Antriebssystem auf und wandelt diese in Verlustwärme um, die an die Umgebung abgegeben wird.
 

2. Auskupplung: Die Last wir mit unseren elektromagnetisch schaltbaren Kupplungen in gesperrter Ausführung K094/SI-FT bei Überlast lieferbar zwischen 2,5 Nm und 8200 Nm (einstellbar im eingebautem Zustand) ausgekuppelt. Die Kupplung kann erst bei Stillstand wieder eingekuppelt werden.

 
3. Last abbremsen: Hierfür können wir alle unsere Asynchronmotoren/-Generatoren mit einer elektromagnetischen Federdruckbremse anbieten. Die Bremskraft ist je nach Bremsgrösse einstellbar.

 
4. Überspannung abführen: Die Zwischenkreis-Überspannung wird auf ein Bremschopper mit Bremswiderständen abgeführt. Die Einsetzspannung ist entsprechend z.B. auf 720 VDC einzustellen, so dass bei Nennbetriebsspannung 400 V3AC und EVU-Überspannung noch sicher zurück gespeist werden kann. Die Bremswiderstände sind u.u. je nach Einsatzfall für S1-100 Einschaltdauer auszulegen.

1. das Drehmoment [Nm] Ihrer Turbine, Wind- oder des Wasserrades und
2. die max. mögliche Drehzahl [1/min]

angeben. Hieraus können wir den passenden Motor projektieren (z.B. langsamlaufender Motor oder High-Speed Motor) mit der passenden Leistung und den richtigen elektrischen Komponenten. Die Installation vor Ort ist durch Ihren örtlichen Elektroinstallations-Fachgbetrieb durchzuführen.

1. Sehr gute Info's von Wikipedia: de.wikipedia.org/wiki/Windenergieanlage
2. Beschreibung ENS: de.wikipedia.org/wiki/Einrichtung_zur_Netz%C3%BCberwachung_mit_zugeordneten_Schaltorganen
und passendes Gerät z.B. www.dorfmueller-solaranlagen.de/images/ens_30_1.pdf
3. Auszug von  Bundesverband Windenergie e.V., URL: www.wind-energie.de/index.php

Physik der Windenergie - Welche nutzbare Leistung steckt im Wind?

Die Leistung des Windes ergibt sich aus der kinetischen Energie der bewegten Luftmasse. Diese steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit und ist proportional zur Masse der Luft, die durch die Rotorkreisfläche trifft. Da Leistung Energie oder Arbeit pro Zeit bedeutet, steigt die Leistung des Windes mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit. Aufgrund der geringen Luftdichte (PLuft =1,25 kg / m3) ist die Leistungsdichte des Windes deutlich geringer als beispielsweise die der Wasserkraft (PWasser =1000 kg / m3). Bezogen auf eine durchströmte Fläche (bei einer Windenergieanlage mit horizontaler Achse ist dies die vom Rotor überstrichene Kreisfläche) ergibt sich die Leistung des Windes, die zur Nutzung zur Verfügung steht. Hieraus folgt, dass bei doppeltem Rotordurchmesser die Leistung vier Mal so groß ist. Bei doppelter Windgeschwindigkeit wird die Leistung sogar verachtfacht.

Albert Betz hat 1920 mit seiner Theorie der geschlossenen Stromröhre nachgewiesen, dass mit einer Windenergieanlage durch Verzögerung der strömenden Luftmasse maximal 16/27 = 59 % der Leistung des Windes genutzt werden kann. Dieser optimale Leistungsbeiwert cP wird erreicht, wenn die Windgeschwindigkeit durch den Rotor der Windenergieanlage auf ein Drittel ihres Wertes abgebremst wird.

Heutige Windenergieanlagen erreichen Leistungsbeiwerte von 50 % und kommen der theoretisch maximalen Leistungsfähigkeit recht nahe.

Vergleich von Widerstand und Auftrieb

Historische Windmühlen haben - wie auch heute noch zum Teil einfache Anlagen kleiner Leistung (bis 2 kW) - nach dem Widerstandsprinzip gearbeitet. Hierbei wird die Reduktion der Windgeschwindigkeit durch einen Rotor mit vertikaler Achse bewirkt, der dem Wind einen Widerstand bietet. Beispiele hierfür sind die alte persische Kornmühle oder das als Messinstrument verwendete Schalenkreuzanemometer. Berechnet man die Leistungsfähigkeit solcher Windenergieanlagen, so ergibt sich ein maximaler Leistungsbeiwert von 12 %. Die Leistungsbeiwerte von Windenergieanlagen, die nach dem Auftriebsprinzip arbeiten, sind deutlich höher und erreichen ca. 50 %. Dies liegt an der sehr viel höheren Geschwindigkeit, die sich am Rotorblatt durch die Überlagerung von Wind- und Umfangsgeschwindigkeit einstellen.

Durch die Wahl der Schnelllaufzahl Lambda, die das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit an der Spitze des Rotorblatts zur Windgeschwindigkeit angibt, läßt sich das Leistungsverhalten der Windenergieanlage beeinflussen. Bei Wahl einer niedrigen Schnelllaufzahl von Lambda = 1 ergibt sich ein Rotor mit vielen Blättern, der ein großes Drehmoment erzeugt und mit niedriger Drehzahl rotiert. Wählt man eine hohe Schnelllaufzahl, folgt ein Rotor mit wenigen Blättern, der ein niedriges Drehmoment erzeugt und höhere Drehzahlen erreicht.

Prinzipiell ist die Leistung des Rotors jedoch nicht abhängig von der Anzahl der Rotorblätter (vergleiche: Betz'sche Theorie).

Schutz vor Überlast bei Windkraftanlagen

Um Windkraftanlagen vor Überlast zu schützen, muss bei Windgeschwindigkeiten über der Nennwindgeschwindigkeit die Drehzahl gedrosselt werden. Die beiden folgenden Prinzipien sind die gängigsten zur Regulierung:

• Stall-Regelung (aerodynamischer Abriss): Steigt die Windgeschwindigkeit über ein bestimmtes Maß hinaus, reißt durch die spezielle Flügelform die Luftströmung an der Blattkante des Rotorblattes ab und begrenzt so die Drehzahl.

Eine Modifikation stellt die so genannte Aktiv-Stall-Regelung dar, bei der eine Verstellung der Rotorblätter möglich ist.
• Pitch-Regelung (Blattwinkelverstellung): Über die Elektronik und Hydraulik kann jeder einzelne Flügel stufenlos verstellt werden. Auf diese Weise wird der Auftrieb verringert, so dass auch bei hohen Windgeschwindigkeiten die Leistungsabgabe des Rotors ab der Nennleistung konstant bleibt.