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Pitchsysteme Stärkeres Kostenbewusstsein treibt Neuentwicklungen voran

Autor / Redakteur: Frans van der Stel* / Jan Vollmuth

In den letzten Jahren wird vermehrt von einer Professionalisierung der Windenergie gesprochen – was meist eine größere Wettbewerbsfähigkeit meint. Wie Entwickler und Hersteller von Schlüsselkomponenten für die Windenergie auf diese Anforderungen reagieren, zeigt das Beispiel von SSB Wind Systems.

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Die Entwicklung von elektrischen Pitchsystemen ist mit viel Aufwand verbunden, da kein System dem anderen gleicht. Die Gründe hierfür liegen beispielsweise in den sehr unterschiedlichen Designs von WEA, sodass jedes Blattverstellsystem individuell an den jeweiligen Anlagentyp angepasst werden muss.
Die Entwicklung von elektrischen Pitchsystemen ist mit viel Aufwand verbunden, da kein System dem anderen gleicht. Die Gründe hierfür liegen beispielsweise in den sehr unterschiedlichen Designs von WEA, sodass jedes Blattverstellsystem individuell an den jeweiligen Anlagentyp angepasst werden muss.
(Bild: SSB Wind Systems)

In Europa werden bereits seit längerem Finanzierungszusagen für geplante Windparkprojekte aufgrund der anhaltenden Eurokrise nur sehr zögerlich vergeben, obwohl das niedrige Zinsniveau für Planer und Projektierer ideal für Investitionen wäre. In der Offshore-Windenergie besteht zwar der Wille, die Energiewende umzusetzen. Die Realisierung konkreter Projekte liegt allerdings noch weit hinter den ursprünglichen Planungen zurück.

Vor diesem Hintergrund mag es nicht verwundern, dass in Europa gemäß der Einschätzung von Marktforschern auch weiterhin ein stagnierendes Wachstum im Bereich der Erneuerbaren Energien zu erwarten ist.

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In den U.S.A. führten 2012 steuerliche Vergünstigungen zu günstigen Rahmenbedingungen für die Branche. Diese Vergünstigungen werden in diesem Jahr aber nicht fortgeführt, wodurch zumindest ein entscheidender Anreiz für Investitionen wegfällt.

In Asien wiederum besteht ein enormes Potenzial für den Ausbau der Windenergie. Dennoch gibt es hier ebenfalls Finanzierungshürden und zusätzlich Qualitätsprobleme.

Angesicht solcher Marktaussichten sind Unternehmen wie SSB Wind Systems gefordert, neue Konzepte einzuführen, die die Entwicklungs- und Herstellungskosten in der Windenergie senken.

Das Unternehmen mit Sitz in Salzbergen (Emsland) gilt als Pionier bei der Entwicklung von elektrischen Pitchsystemen für Windenergieanlagen (WEA) und gehört heute zu den führenden Anbietern in diesem Bereich. Darüber hinaus entwickelt und fertigt SSB Wind Systems Schalt- und Steuerschränke, die speziell für die hohen Belastungen in On- und Offshore-WEA ausgelegt sind.

Individualität bedeutet hohen Aufwand

Die Entwicklung von elektrischen Pitchsystemen ist mit viel Aufwand verbunden, da kein System dem anderen gleicht. Die Gründe hierfür liegen beispielsweise in den sehr unterschiedlichen Designs von WEA, sodass jedes Blattverstellsystem individuell an den jeweiligen Anlagentyp angepasst werden muss.

In diesem Zusammenhang variiert je nach WEA-Typ auch der Bauraum in der Rotornabe als Einsatzort des Pitchsystems, was maßgeblich das mechanische Design der Steuerschränke beeinflusst. Darüber hinaus haben Kunden sehr spezifische Anforderungen an einen Pitchantrieb, insbesondere im Hinblick auf das erforderliche Drehmoment und dem hierzu notwendigen Drehzahlverhalten.

Individualität ist aus Kundensicht bis zu einem gewissen Grad sicherlich von Vorteil, führt allerdings zu langen Entwicklungszeiten und damit höheren Kosten.

Vom Angebot, mit dem allein schon ein hohes Maß an Engineering-Aufwand verbunden ist, über die Entwicklung, Tests und Zertifizierungen bis hin zur Auslieferung eines Systems können daher mitunter mehrere Jahre vergehen. Mit Blick auf optimale Reaktionszeiten und damit auf eine höhere Wettbewerbsfähigkeit aufgrund einer schnelleren Verfügbarkeit im Markt lautet die entscheidende Frage: Wie lassen sich derart lange Zyklen verkürzen ergo Prozesse nachhaltig optimieren?

Viele Anforderungen erfüllen durch Standardisierung

Ein entscheidender Ansatz kann hier Standardisierung sein. Im eigentlichen Wortsinn bedeutet Standardisierung eine Vereinheitlichung, z. B. von Maßen, Verfahrensweisen, Prozessen oder Ähnliches, und ist keinesfalls zu verwechseln mit Vereinfachung. Vielmehr geht es darum, Prozesse mit dem Ziel zu analysieren, spezifische Entwicklungen nur einmal vorzunehmen, um die Ergebnisse anschließend für ein breites Einsatzfeld nutzen zu können.

Für SSB Wind Systems heißt das konkret, bei jeder Kundenanfrage nicht von Neuem mit der Entwicklung eines elektrischen Pitchsystems zu beginnen, sondern Lösungen anzubieten, die die Anforderungen unterschiedlicher Anlagenhersteller und WEA-Leistungsklassen erfüllen.

Eine solche Lösung ist UniFlex Pitch. Die Entwicklung könnte man auch als Standardisierungsplattform für elektrische Pitchsysteme bezeichnen, wobei sich ein besonderer Fokus auf das Engineering und die professionelle Umsetzung, u. a. durch eine hohe Fertigungstiefe, in ein zuverlässiges Produkt richtet.

Zuverlässigkeit ist in diesem Zusammenhang ein sehr wichtiger Begriff. Obwohl die Windenergiebranche aufgrund der weltweit aufgebauten Überkapazitäten unter enormem Preisdruck steht, verringern sich nicht die Anforderungen an die Qualität und Verfügbarkeit - auch im Sinne von Effizienz - von WEA-Komponenten. Insbesondere dann nicht, wenn es sich um sicherheitsrelevante Systeme wie Pitchverstellungen handelt, die zu jeder Zeit die Rotorblätter einer WEA in die sogenannte Fahnenposition für einen sicheren Anlagenstopp verfahren müssen.

Modular Baugruppen mit hoher Flexibilität

Wie bereits erwähnt, wollten Kunden in der Vergangenheit, u.a. durch die Vorgaben des eigenen Engineerings, eine möglichst individuelle und aus ihrer Sicht daher optimale Lösung für ihre WEA. Die Marktsituation hat diesen Anspruch mit Blick auf ein stärkeres Kostenbewusstsein ein Stück weit geändert. Kunden stehen daher heute standardisierten Lösungen wie UniFlex Pitch wesentlich offener gegenüber, ohne jedoch Abstriche bei der Qualität sowie Verfügbarkeit und damit Zuverlässigkeit machen zu müssen.

UniFlex Pitch ist keine Einheitslösung, die der Kunde nehmen muss, wie sie ist. Das Konzept besteht aus verschiedensten modularen Baugruppen, die sich nach wie vor mit hoher Flexibilität auf spezifische Wünsche zu einem Gesamtsystem vereinen lassen.

Modularität ist mittlerweile in der Industrie ein Modewort geworden, dass häufig vergessen lässt, wie viel Entwicklungs- und Forschungsarbeit notwendig ist, um ein flexibles Konzept zur Marktreife zu führen. Das ist auch bei UniFlex Pitch nicht anders.

So analysierten die Entwickler von SSB Wind Systems eine Fülle an bereits realisierten Projekten, um die tatsächlichen Anforderungen von Kunden an ein solches System herauszufinden. Hierbei identifizierte man vor allem die Anforderungen an die Performance von Pitchantrieben als zentrale Kerngröße, insbesondere was das Drehmoment und die Drehzahl solcher Antriebe als maßgebliche Faktoren für deren elektrische Leistung anbetrifft.

In diesem Zusammenhang ließ sich auch die entscheidende Frage beantworten, welche Antriebslösung ein Großteil der sehr unterschiedlichen Kunden- und damit Projektanforderungen abdeckte.

Schrankdesign für nahezu alle Anforderungen

Weitere wichtige Herausforderungen waren beim mechanischen Design der Steuerschränke für Pitchsysteme zu bewältigen, darunter auch im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum in diversen Naben verschiedenster WEA-Typen.

Aus den Ergebnissen solcher und einer Vielzahl weiterer Analysen entwickelte SSB Wind Systems schließlich ein Schrankdesign, das nahezu alle Anforderungen erfüllte. Das bedeutet etwa, dass sich die Steuerschränke nun in einer Vielzahl unterschiedlicher Anlagentypen unter Berücksichtigung der notwendigen Schrankdimensionen für die Integration eines Pitchsystems einsetzen lassen. Außerdem entwickelte man ein fertigungstechnisch leicht zu verwirklichendes Schrankdesign, das sich mit geringem Werkzeugeinsatz überall auf der Welt produzieren lässt – für ein global agierendes Unternehmen wie SSB Wind System ein nicht unerheblicher Aspekt.

Analog zur Beantwortung solcher und weiterer entscheidender Fragestellungen erfolgte die prozesstechnische Optimierung verschiedenster Fertigungsabläufe. Somit ist SSB Wind Systems jetzt in der Lage, bereits für die Konfektionierung und Montage vorbereiteten Baugruppen sowie ein gewisses Kontingent an wichtigen Materialien gewissermaßen auf Abruf für ihre Kunden vorzuhalten. Das Ergebnis: schnellere Reaktionszeiten und damit kürzere Projektlaufzeiten mithin niedrigere Kosten bei der Realisierung elektrischer Pitchsysteme.

Systemtests stellvertretend für gesamte Produktreihe

Ein weiteres Argument für ein derartiges universelles Pitchsystem sind die mit der Entwicklung verbundenen und teilweise sehr aufwendigen Systemtests, die nun mit UniFlex Pitch stellvertretend für eine gesamte Produktreihe durchgeführt werden können.

Vor diesem Hintergrund haben unabhängige Prüflabors dem System durch Schock- und Vibrationstests die Zuverlässigkeit über die Gesamtlebensdauer attestiert. Neben der zertifizierten Schutzklasse IP54 wurde UniFlex Pitch zudem gemäß UL 508C und CSA C22.2 No. 14-10 als „Recognized Component“ zugelassen.

Darüber hinaus bestätigte der TÜV NORD in einer Prüfung, dass die Sicherheitskette, die erforderlich ist, um Rotorblätter von WEA zu jeder Zeit in die sichere Fahnenposition zu bewegen, bei dem AC-Pitchsystem UniFlex Pitch den Anforderungen der Norm DIN EN ISO 13849-1 für ein Performance Level d entspricht.

Die Windenergie sieht sich derzeit rund um den Globus mit enormen Herausforderungen konfrontiert. Zulieferer von wichtigen Schlüsselkomponenten, wie elektrischen Pitchsystemen, müssen daher innerhalb der Supply Chain durch Neuentwicklungen einen entscheidenden Beitrag zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Auch wenn ein solches System ein vergleichsweise geringes Volumen an den Gesamtkosten einer WEA hat. Mit UniFlex Pitch verkürzen sich die Entwicklungszeiten und der Qualifizierungs- sowie Validierungsaufwand, bis ein Pitchsystem an den Kunden ausgeliefert werden kann. Kunden profitieren demnach davon, da sie nun die Prototypen für ihre Anlagen wesentlich schneller erhalten als früher. (jv)

* Frans van der Stel ist Geschäftsführer SSB Wind Systems.

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