Warum drehen sich einige Windkraftanlagen, während andere in der Nähe stillstehen?

May 30, 2023

Windparks werden in Indiana immer häufiger errichtet. Der Staat verfügt bereits über die viertgrößte „Farm“ der USA und produziert fast 3.500 Megawatt Windenergie, weitere sind in Planung.

Die hoch in den Himmel ragenden Windmühlen produzieren etwas mehr als 9 % des gesamten im Staat verbrauchten Stroms. Laut der American Clean Power Association reicht das aus, um mehr als eine Million Haushalte mit Strom zu versorgen.

Da weitere Projekte in Arbeit sind, die weitere 302 Megawatt erzeugen werden, und eine Handvoll Gesetzesentwürfe, die in dieser Sitzung der Generalversammlung vorgeschlagen wurden, wird die Windenergie wahrscheinlich im ganzen Staat weiter wachsen. Und mit der zunehmenden Präsenz der auffälligen Energieerzeuger geht auch eine gewisse Kuriosität einher.

Deshalb haben wir für diese Ausgabe von Scrub Hub unser bewährtes Einreichungsformular genutzt und eine Frage von Teresa ausgewählt, die lautete: Warum drehen sich die Windkraftanlagen gerade nicht?

Es ist möglich, dass die Rotorblätter von Windkraftanlagen Geschwindigkeiten von bis zu 200 Meilen pro Stunde erreichen. Daher kann es seltsam erscheinen, wenn sich einige sehr schnell drehen, während sich die Rotorblätter anderer in der Nähe nicht bewegen.

Wir haben uns in einigen Landes-, Bundes- und Industrieberichten umgesehen und akademische Experten für Energietechnologie kontaktiert, um herauszufinden, warum einige Turbinen in einem Windpark rotieren, während andere stillstehen.

Windkraftanlagen benötigen wie alle Maschinen sowohl planmäßige als auch außerplanmäßige Wartung. In einigen Fällen erklärt das, warum einige funktionieren, andere jedoch nicht.

Die Grundkomponenten einer Windkraftanlage sind die sichtbaren Turm- und Rotorblätter sowie das Getriebe und der Generator, die sich oben auf dem Turm befinden.

Eine planmäßige Wartung trägt dazu bei, Verschleiß durch kaputte Teile zu verhindern, und eine außerplanmäßige Wartung erfolgt, wenn an der Turbine eine Reihe von Ausfällen auftritt.

Zur regelmäßigen vorbeugenden Wartung gehören regelmäßige Geräteinspektionen, Öl- und Filterwechsel, Kalibrierung und Einstellung verschiedener Teile sowie der Austausch von Bremsbelägen und Dichtungen. Auch allgemeine Reinigungsarbeiten und die Reinigung der Rotorblätter können dazu führen, dass sich eine Turbine vorübergehend nicht dreht.

In größeren Windparks können mehrere Turbinen in einem Kreislauf außer Betrieb sein und sich nicht drehen, weil sie alle wegen Wartungsarbeiten außer Betrieb sind, sagte John Roudebush, Programmleiter des Energietechnologieprogramms des Ivy Tech College.

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Die Energieübertragung in Indiana erfolgt über den Midcontinent Independent System Operator, allgemein bekannt als MISO. Die Gruppe steuert den Stromfluss, indem sie die Nachfrage mit der erzeugten Menge in Einklang bringt, was bedeutet, dass es Zeiten gibt, in denen überschüssiger Strom produziert wird.

„(Manchmal) brauchen wir den Strom nicht, weil die Nachfrage zurückgeht oder ein anderes Kraftwerk stattdessen Strom an die Kunden verkauft“, schrieb Roudebush in einer E-Mail. „Kraftwerke konkurrieren im Netz. Ein Kohlekraftwerk, ein Erdgaskraftwerk oder ein Windpark bieten alle zu einem bestimmten Zeitpunkt des Tages an, Strom zu verkaufen, und MISO wählt das günstigste Angebot für den Tag. Im Allgemeinen ist Wind am günstigsten.“ aber nicht immer."

John Hall, Assistenzprofessor an der University of Buffalo für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften, konzentriert seine Forschung auf die technischen Aspekte der Windenergie. Während einige Windkraftanlagen normal funktionieren, sagte er, andere könnten stillgelegt werden, um die Produktion an die Netznachfrage anzupassen.

„Im Grunde ist es das Versorgungsunternehmen, das Strom verteilt und in Echtzeit kauft und verkauft“, sagte Hall. „Je nach Bedarf würden Windparks ihre Turbinen entsprechend abschalten.“

Die Industrie bezeichnet eine Windkraftanlage, die sich nicht dreht, als „geparkt“, sagte Hall, und dies geschieht mit einem Bremssystem, das den Rotor an Ort und Stelle hält. Sobald der Energiebedarf steigt, wird die Bremse gelöst und die Turbine beginnt fast sofort wieder, Strom ins Netz einzuspeisen.

Eine weitere offensichtliche Antwort darauf, warum sich die Turbinen möglicherweise nicht drehen, ist, dass die Windgeschwindigkeit nicht hoch genug ist.

Im Allgemeinen können Turbinen bereits bei Windgeschwindigkeiten von nur 5 Meilen pro Stunde Strom erzeugen. Sinken die Geschwindigkeiten darunter, ist einfach nicht mehr genug vorhanden, um die teilweise massiven Rotorblätter zu drehen.

Andererseits kann zu schneller Wind zu Schäden an den Turbinen führen, weshalb Betreiber von Windparks die Rotoren abstellen, bis der Wind nachlässt. Turbinen werden im Allgemeinen abgeschaltet, wenn die Windgeschwindigkeit etwa 55 Meilen pro Stunde erreicht.

„Dafür ist das System nicht ausgelegt, also haben sie es abgeschaltet“, sagte Hall. „Das ist in Ordnung, weil wir selten Windgeschwindigkeiten über dieser Geschwindigkeit haben, und es würde sich nicht lohnen, dies für die wenigen Fälle zu planen.“

Um die Effizienz von Windparks zu verbessern, sei die Eindämmung überschüssigen Stroms laut Hall derzeit ein großes Forschungsgebiet.

„Es gibt Studien zu neuer Batterietechnologie und Superkondensatoren sowie zu verschiedenen Möglichkeiten, dieses Problem zu umgehen“, sagte Hall.

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Eine andere Lösung zur Speicherung überschüssigen Stroms sei die Herstellung von Wasserstoff, sagte Hall. Windparkbetreiber könnten Wasserstoff erzeugen und speichern, um ihn später zu nutzen, wenn die Netznachfrage steigt.

Während Kraftwerke für fossile Brennstoffe möglicherweise besser auf das sich ständig ändernde Angebot und die Nachfrage nach Strom reagieren könnten, sagte Hall, dass die Zukunft von erneuerbaren Energien abhängt.

„Wenn sich die Menschen Sorgen um das Klima machen und eine bessere Zukunft für die nächste Generation und alles andere wollen, dann sind erneuerbare Energien wie Windkraft, Wasserkraft und Gezeitenkraft nicht nur Energiequellen, sondern möglicherweise lebenswichtig für unsere Existenz“, sagte Hall.

Karl Schneider ist ein IndyStar-Umweltreporter. Sie erreichen ihn unter [email protected]. Folgen Sie ihm auf Twitter @karlstartswithk

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