Sonniges Gemüt mit kalten Füßen – wer das Vergnügen hat, mit den Fachleuten von Wicetec zu sprechen, kommt ohne Schmunzeln nicht aus dem Gespräch. Doch die Mission der so überaus sympathischen Finnen ist eiskalt und gefährlich. Wie kommt man der Eisbildung an Windenergieanlagen bei?
Eisbildung an Windenergieanlagen ist längst kein Thema nordischer Gefilde mehr. Da die Türme der Anlagen immer höher werden und die Längen der Rotorblätter immer mehr zunehmen, durchstreichen diese Blätter immer höhere und damit kältere Luftschichten. Also wird Eisbildung immer häufiger auch dort ein Thema, wo man am Boden oft vergeblich auf weiße Weihnacht wartet.
Das gefrorene Wasser, das sich vor allem bei kaltem, feuchtem Wetter an den Rotorblättern festsetzt, hat mehrere unangenehme Eigenschaften. Erstens verliert das sorgfältig ausgewuchtete Rotorblatt seine Effizienz und es wird deutlich weniger Strom erzeugt. Schon wenige Millimeter Eis können zu einem aerodynamischen Strömungsabriss führen, da sie der sorgfältig geglätteten Oberfläche eine neue und unerwünschte Struktur hinzufügen. Zweitens wird das Eis zu einem verhängnisvollen Projektil, wenn es sich bei voller Geschwindigkeit von der Schaufel löst. Und schließlich verursacht es, wenn es bis zu einem Zentimeter dick wird, Unwuchten im gesamten Rotorblatt, was zu einem deutlich erhöhten Verschleiß aller mechanischen Komponenten führt.
Um diesem materialmordenden und lebensgefährlichen Treiben Einhalt zu gebieten, werden von Eis befallene Windenergieanlagen ohne Rotorblattheizungen in ihrem rotierenden und energieerzeugenden Treiben von den Betreibern gebremst. Das wiederum amüsiert die Stromkunden und die Investoren wenig, denn damit sinken auch die möglichen Gewinne aus der Stromproduktion. Und es macht die Installation von Rotorblattheizungen, ob nachträglich im Retrofit oder schon bei der Fertigung neuer Anlagen, auch finanziell sinnvoll.
„Wir haben zunächst Heizsysteme für neue Turbinen entwickelt. Aber auch das Retrofitting ist ein wichtiger Markt für uns“, beschreibt Tomas Wallenius die Anfänge von Wicetec. Der 44-jährige Ingenieur ist ein Experte für Thermodynamik und hat das patentierte Heizsystem mitentwickelt. Heute ist er als CTO einer der beiden Geschäftsführer des Unternehmens mit Sitz in Helsinki.
„Wir haben unser Unternehmen 2014 als Spin-off eines staatlichen Forschungsinstituts gegründet, ohne jegliche externe Finanzierung und unabhängig von der Windindustrie.“ Ihren ersten Technologielizenzvertrag für neue Turbinen sicherten sich die Finnen 2015 für einen schwedischen Windpark mit chinesischen Turbinen, die ersten Retrofitting-Aufträge 2016 in Kanada, wo insgesamt 41 Turbinen mit Rotorblattheizungen nachgerüstet wurden. Mehr als 350 Turbinen, vor allem in Kanada, Schweden und Finnland, drehen sich nun mit der Kohlefaserheizungstechnologie.
Carbon-Heizmatten sind superdünn, nur einen halben Millimeter dick, einschließlich der Farbe. Gleichzeitig sind sie extrem belastbar und können den ständigen Vibrationen der Rotorblätter jahrzehntelang standhalten. Die durchschnittliche Leistungsaufnahme der Heizmatten selbst beträgt bei einer 7-MW-Turbine rund 50 kW. Ein technologisches Highlight ist der Sensor, der die Erwärmung der Blätter bestimmt. Denn er ist virtuell. „Ein physischer Sensor ist sehr teuer, schwierig zu installieren und zu warten“, erklärt Wallenius. „Unser virtueller Sensor basiert auf einem Algorithmus, der auf einer PLCnext Control von Phoenix Contact läuft. Die gemessenen Wetterdaten der Turbine werden in die Steuerung eingespeist und auf der Grundlage unserer jahrzehntelangen Erfahrung interpretiert, um eine zuverlässige Temperaturverteilung entlang der Schaufel zu erhalten.“
Heute setzen die Finnen vor allem auf die Integration ihrer Systeme schon in der Fertigung der Rotorblätter. „Die Nachrüstung ist natürlich weiterhin ein wichtiger Zweig unseres Angebots. Aber es hat sich gezeigt, dass ein Retrofit unverhältnismäßig teuer und aufwändig ist. Immerhin müssen die Blätter dazu demontiert und in eine Halle transportiert werden, wo wir die Carbonmatten installieren können. Heute verlangen viele Investoren bereits Eisvermeidungsanlagen, weil die Erträge aus dem stabileren Betrieb natürlich höher sind. Und zum Beispiel in Quebec schreiben die Behörden die Heizungen sogar schon vor, damit die Windmühlen stetiger laufen und die Netzstabilität nicht gefährdet wird.“
Es gibt nur wenige Konkurrenten auf dem Feld der Rotorblattheizungen, denn „das Geschäftsfeld ist schwierig, da man jedes System genau auf die Hersteller und Modelle anpassen muss. Das verlangt viel Know-how und Sachkenntnis.“ Also rosige Voraussetzungen für die finnischen Innovatoren? Tomas Wallenius muss schmunzeln: „Am erstaunlichsten ist für uns, wie langsam sich das Thema Eis an Windenergieanlagen im Bewusstsein von Betreibern, Herstellern und Investoren durchsetzt. Aber wir sind auf einem guten Weg.“
