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Produktinformationen

Multitalente: robuste und leichte Rotorblätter

In den letzten 30 Jahren sind Rotorblätter um das 15-Fache größer geworden – und fangen mehr Energie ein denn je. Die ersten kommerziellen Windkraftanlagen hatten eine Kapazität von 30 kW mit 5 Meter langen Rotorblättern. Dagegen sind die Blätter der heutigen 8-MW-Windkraftanlagen von Siemens 75 Meter lang. Damit ergibt sich ein Rotordurchmesser von 154 Metern, was der Spannweite eines Airbus A380 entspricht – der weltweit größte Rotor, der derzeit in Betrieb ist. Mit zunehmender Blattlänge wird es immer wichtiger, das Gewicht zu reduzieren und die Stabilität zu erhöhen – für geringere Kosten, leichteren Transport und verbesserte Sicherheit.

 

Durch die Natur inspiriert (EN)

IntegralBlade®-Technologie für maximale Stabilität

Bislang wurden drei wichtige Innovationen in der Rotorblatt-Technologie eingeführt: IntegralBlade®, Quantum Blade und der Nachfolger Aeroelastically Tailored Blade: das aeroelastisch geformte Blatt der nächsten Generation.

 

Den ersten wichtigen Fortschritt in der Rotorblatt-Technologie bildete 2000 die Entwicklung des IntegralBlade®-Verfahrens. Bei diesem Prozess werden die Blätter in einem Stück gegossen, um Schwachstellen an Klebeverbindungen zu eliminieren und eine optimale Qualität, Stabilität und Zuverlässigkeit zu erreichen. Siemens ist nach wie vor der einzige Hersteller von Windturbinen, der Blätter einsetzt, die in einem geschlossenen Prozess in einem Stück gegossen werden.

 

2011 wurde die Quantum-Blade-Technologie eingeführt. Quantum-Rotorblätter weisen bei gleichbleibender, überlegener Stabilität ein geringeres Gewicht als frühere Modelle auf. Seit 2011 werden alle neuen Rotorblätter als Quantum-Blätter konstruiert. Wie die Vorgängermodelle werden sie im IntegralBlade®-Verfahren hergestellt. Siemens hat die Blattspitze neu gestaltet, um eine Minimierung der mechanischen Belastung und eine Verringerung der Geräuschbelastung zu erreichen.

 

Das erste kommerzielle Quantum-Rotorblatt war das Modell B55. Das neueste Quantum-Rotorblatt B75 ist um 20 Meter länger und verbindet enorme Stabilität mit geringem Gewicht und überlegener Leistung. Die Blattwurzel verfügt über eine Flatback-Struktur, die Strömungsverluste minimiert und den Auftrieb erhöht. Mit einem konventionellen Fertigungsverfahren wäre das B75-Blatt um 10–20 % schwerer – und schwerere Blätter bedeuten eine größere mechanische Belastung und erfordern stabilere Tragkonstruktionen in Maschinenhaus, Turm und Fundament. Durch die einzigartige Kombination von intelligentem Blattprofil und geringem Gewicht können die Stromerzeugungskosten reduziert werden.

Aerodynamisches Design

Höhere Energieleistung durch größere Rotoren

Die Quantum-Rotorblätter der zweiten Generation beinhalten die Aeroelastically-Tailored-Blade-Technologie (ATB). Die Verbindung einer Biege- und Drehelastizität des Blattes ist ein wichtiger Vorteil gegenüber klassischen starren Blättern. Dank der innovativen aeroelastischen Eigenschaften können Rotoren mit der ATB-Technologie einen größeren Durchmesser haben, ohne die zulässige Last für Gondel, Turm und Fundament zu überschreiten. Und Kunden kommen in den Genuss einer höheren jährlichen Energieleistung. Es sind Blätter in Längen bis zu 75 Metern verfügbar – alle aus glasfaserverstärktem Epoxidharz im modernen IntegralBlade®-Prozess hergestellt, um Schwachstellen an Klebeverbindungen zu eliminieren. 

Hybrid-Carbon-Rotorblatt: das Beste beider Welten

Die neueste Rotorblatt-Innovationen von Siemens ist das Hybrid-Carbon-Blatt. Das Design verbindet die Hybrid-Carbon-Technologie mit aeroelastischen Eigenschaften für eine optimale Leistung. Das Hybrid-Carbon-Rotorblatt wurde gemeinsam mit LM Wind Power entwickelt und bietet einen höheren Ertrag in dieser Rotorblatt-Klasse. Die Technologie ist im Vergleich mit Rotorblättern aus reinem Carbon weniger anfällig für Fertigungsmängel und ist zudem mit dem bewährten Hybrid-Blitzschutzsystem ausgestattet. Das leichtere Blattdesign ist ideal für größere Rotoren an windschwachen Onshore-Standorten und erlaubt eine maximale Energieausbeute ohne Überschreitung der zulässigen Last. Außerdem sind die Hybrid-Carbon-Blätter zur Steigerung der Leistung und zur Reduzierung der Geräuschentwicklung mit Vortex-Generatoren sowie DinoTail®-Elementen der nächsten Generation ausgestattet. 

 

Die Blätter werden in der F&E-Anlage im dänischen Aalborg geprüft. Wir setzen neue Prüfmaßstäbe, indem wir sämtliche Komponenten, einschließlich der Rotorblätter, einer so genannten HALT-Simulation (Highly Accelerated Lifetime Testing) unterziehen, bei der einige Komponenten für eine Betriebszeit von bis zu 25 Jahren getestet werden.

Windkraftanlage

Verbesserte Aerodynamik für höheren Ertrag

Für eine weiter verbesserte Effizienz der Rotorblätter wurde das Power-Curve-Upgrade-Paket entwickelt, das den Energieertrag erhöht. Das Paket umfasst die aerodynamischen Elemente DinoTails, DinoShells und Vortexgeneratoren. Diese zusätzlich montierbaren Elemente können auch die Lärmbelastung reduzieren. 

 

DinoTails sind gezackte Elemente, die – wie der Name besagt – der großen Rückenplatte eines Stegosaurus nachempfunden sind. Sie werden an der Luftstrom-Abrisskante im Bereich der Blattspitze angebracht, wo der größte Teil der vom Blatt erzeugten Lärmbelastung – und Energie – entsteht. Die DinoTails verringern die Turbulenzen an der hinteren Blattkante und können den Auftrieb erhöhen und dabei die lokalen Geräuschemissionen minimieren.

 

DinoShells für Siemens-Windkraftanlagen werden im Bereich von der Rotorblattschulter bis zur Wurzel angebracht und verstärken den Auftrieb, insbesondere im Wurzelbereich des Rotorblatts an der Nabe.

 

Vortexgeneratoren dienen zur Verbesserung des Luftstroms über die Rotorblätter und verbessern so die aerodynamische Leistung in der so genannten Grenzschicht – dem Luftstrombereich relativ nahe an der Blattoberfläche. Das Power Curve Upgrade wurde im Jahr 2010 erstmals installiert. Das Ergebnis? Eine potenzielle Erhöhung der jährlichen Energieleistung um bis zu 5 %.

Windkraftanlage

Schutz vor Blitzeinschlag

Die Rotorblattspitze ist der höchste Punkt der Windkraftanlage und damit die exponierteste Komponente. Für einen optimalen Schutz der Blätter trägt das Blitzschutzsystem von Siemens dazu bei, Ausfälle aufgrund von Blitzeinschlägen zu vermeiden.

 

Es ist in das IntegralBlade®-Design integriert und umfasst strategisch auf der Blattoberfläche positionierte Rezeptoren. Bei allen wichtigen Komponenten einer Windkraftanlage, einschließlich Maschinenhaus, Rotorblätter, Steuerung und Turm, ist ein umfassender Blitzschutz in das Design integriert. Wenn ein Blitz in eine Onshore- oder Offshore-Anlage einschlägt, leitet das System den Blitz auf einem sicheren Weg zur elektrischen Erdung und reduziert so das Risiko einer Beschädigung der wichtigen Komponenten.

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