Wir entwickeln Plug and Play: Windenergie flexibler nutzen
Die Windenergiebranche wächst. Zugleich werden die Anlagen größer. Damit rücken neue technologische und wirtschaftliche Herausforderungen in den Fokus. Modularisierung und Standardisierung schaffen hier Chancen zur Optimierung von Lieferketten und Logistik. Vor diesem Hintergrund hat Rothe Erde die Pitch Bearing Unit (PBU) entwickelt. Wir stellen das Modul vor.
Worum geht es?
Wir stellen die Pitch Bearing Unit (PBU) vor, eine komplett einbaufähige Plug-and-Play-Komponente für Windenergieanlagen.
Was soll das?
Windkraftanlagen werden immer größer. Das stellt neue Herausforderungen an die Robustheit und Leistungsfähigkeit der einzelnen Baugruppen und Systemkomponenten. Zugleich rücken die Kosten für die Komponentenbeschaffung, den Transport und die Montage der Anlagen stärker in den Fokus.
Was bringt es?
Das Entwicklungsteam von Rothe Erde stellt mit der PBU eine zukunftsfähige Lösung für On- und Offshore Windenergieanlagen zur Verfügung. Sie ermöglicht eine Vereinfachung des Nabendesigns und reduziert auf diese Weise Fertigungs- und Montagekosten.
Die Windenergiebranche entwickelt sich seit Jahren sehr dynamisch und ein weiterer, rasanter Anstieg zur Erreichung der Klimaziele ist geplant. Insbesondere Offshore-Windparks gelten dabei als attraktiv, weil sie – ausgestattet mit entsprechend robusten Komponenten – eine hohe Energieausbeute versprechen.
„Eine zentrale Herausforderung der Windkraft ist die Weiterentwicklung der Technologie, insbesondere vor dem Hintergrund des Größenwachstums der Turbine", erklärt Dr. Ing. Daniel Becker, Head of Bearing Calculation & Tools. Als Ingenieur arbeitet er bereits seit 13 Jahren bei Rothe Erde und beschäftigt sich mit seinem Team vor allem mit Berechnungsthemen und entsprechenden Entwicklungsprojekten.
Größe bringt neue Herausforderungen
„Diese Herausforderungen gelten besonders für die leistungsstarken Anlagen vor den Küsten. Dabei steht hier nicht primär die Logistik oder der Transport der Einzelkomponenten oder Baugruppen im Vordergrund, sondern vielmehr das technologische Größenwachstum der Komponenten", führt Becker weiter aus. Dies ist beispielsweise bei der Rotornabe oder beim Rotorblatt selbst der Fall, was wiederum zusätzliche Herausforderungen für die Blattverstell- oder Pitchlagerung auf Bauteil- und Komponentenebene mit sich bringt.
Kompaktes Modul beugt Verformungen vor
Hier setzte das Team an. Gemeinsam mit den Komponentenentwicklern HAWE Hydraulik SE und ITH Bolting Solutions entwickelten die Ingenieure ein neues integriertes Konzept für die nächste Generation der Windenergieanlagen: die Pitch Bearing Unit, kurz: PBU. Denn aktuelle Entwicklungstrends von Multi-Megawatt-Windenergie-Anlagen zeigen, dass rotornaben- und rotorblattseitige Verformungen einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und damit auf die Lebensdauer der Blattverstell- oder Pitchlagerungen im Betrieb haben können. Genau hier schafft die Pitch Bearing Unit Abhilfe.
„Die PBU wirkt auch als Versteifungselement zwischen Nabe und Pitchlagerung“, erklärt Dr. Ing. Martin Neidnicht, Gruppenleiter FEM Anwendungen in der Abteilung Bearing Calculation & Tools bei Rothe Erde. „Sie erhöht signifikant die strukturelle Stabilität und Steifigkeit in diesem Bereich der Windenergieanlage, was sich insbesondere bei großen und daher potenziell weichen Nabenkörpern zeigt.“
3-in-1-Funktion vereinfacht Transport und Montage
Hinzu kommt: Das Modul ist komplett einbaufertig. Und es bündelt drei wesentliche Funktionen in einem einzigen Bauteil: die konventionelle Blattlagerung, die hydraulische oder elektrische Blattverstellung und die Optimierung der mechanischen Systemsteifigkeiten. Dadurch lässt sich das Blattverstellsystem ohne Verbindung zur Nabe direkt in die PBU integrieren. Der Vorteil: Die Lieferketten von Nabe und Pitchantrieb können gezielt getrennt werden. Das spart Logistikkosten sowie Bearbeitungs- und Montageaufwand beim Nabenhersteller. Das Blattverstellsystem kann bereits bei der Montage der PBU eingestellt und getestet werden. Durch dieses „Plug and Play“-Konzept wird die Endmontage vereinfacht und der zeitliche Aufwand sinkt.
Potenzial zur Kosteneinsparung
Ein weiterer Vorteil der Pitch Bearing Unit ist eine mögliche Standardisierung und Modularisierung des Bauteils Nabe. Für bestimmte Größenbereiche von Windenergieanlagen könnten so in der Zukunft Standard-Nabendesigns zum Einsatz kommen. Zunächst herstellerspezifisch, also plattformabhängig, in einem weiteren Schritt sogar auch herstellerübergreifend. Derartige Standard-Naben könnten über unterschiedliche PBUs an unterschiedliche Rotorblattdurchmesser und -verstellkonzepte angepasst werden. „Über die Standardisierung der Nabe und die Modularisierung der Pitcheinheit sind Optimierungen und Kosteneinsparungen in den Lieferketten der Windkraftanlagen-Hersteller ähnlich zum Automobilbereich denkbar", sagt Dr. Becker.
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