Windkraftanlage – Workcamp 17.-31. August

Es wird Zeit mal an irgendeiner Stelle was über mein internationales Workcamp zu schreiben, das ich organisiert und geleitet habe. Stattgefunden hat das auf dem Hof wo ich lebe, gekommen sind 7 internationale Gäste (Frankreich, Russland, Italien, Ukraine, Japan und Korea), sowie im Durchschnitt vier Freunde, die Fulltime mitgearbeitet haben. Arbeitsaufgabe war einen Stahlrohrmast für eine 14m hohe Windkraftanlage aus Rohmaterial zu fertigen, anzupinseln, Fundamentanker einzudrehen und alles zu montieren und die Eigentliche Anlage instandzusetzen (anschleifen und neu lackieren). Das Herzstück der Anlage, der Kopf (Gondel) mit Rotorblättern und Generator lag hier schon eine Weile auf Lager, komplett zerlegt auf die Reaktivierung wartend.

Mein Eintrag wird sich vor allem um die technischen Dinge drehen.

Das Ding nennt sich Passat AS 2, hergestellt von einer Firma, die sich Aquasolar nannte, mittlerweile ist von dieser Firma nichts mehr zu hören. Es wurden wohl nur ein paar Dinger davon hergestellt und vertickt.

Der Rotordurchmesser ist 4,4m, die Nennleistung ist 2kW Drehstrom, das ganze ist wahnsinnig robust (120kg schwer) auf einem technischem Niveau, das man es mit Flex, Schweissgerät und Drehmaschine selbst bauen kann. Lediglich die Rotorblätter sind laminiert, da bedarf es speziellerer Kenntnisse im Kleben und Formenbau.

Der Mast ist aus zwei 6m-Stahlrohren gefertigt, 108mm Durchmessser, in der Mitte durch angeschweiste Flansche + Knotenbleche verschraubt, ganz oben ist ebenfalls ein Flansch angebracht, wo der Kopf dran verschraubt wird. Unten gibt es einen Mastfuss, bestehend aus massiven 160×65 U-Stahl, wo in 2m Höhe ein Drehgelenk angebracht ist. Ganz unten am Hauptmast ist ein 3m langer Hilfsmast (Jütbaum) verschraubt, der die Zugkraft des Seils beim Aufrichten in einen günstigeren Winkel umlenkt.

Alles ist selbst aus Halbmaterial gefertigt, nur die 3 Flansche wurden aus Zeitgründen in einer Firma, wo ich vor einigen Jahren gelernt und gearbeitet habe, zum Selbstkostenpreis ausgelasert.

Die ganze Anlage wird durch 3 Stahlseile abgespannt, eins davon wird zum Hochziehen verwendet. Dazu wurde ein 1,5t Greifzug angeschafft (auch Luxemburger genannt).

Der Mastfuss ist auf 3 Erdankern mit M20 Gewinde verschraubt. Die werden einfach in die Erde gedreht und können etwa 5 Tonnen Druckkraft von oben aufnehmen. Nur für seitliche Kräfte, die ja im Betrieb praktisch nicht auftreten, sind sie nicht ausgelegt. Beim Aufrichten treten jedoch seitliche Kräfte auf, die durch Spanngurte an den Seilabspannpunkten abgefangen werden mussten.

Die 3 Abspannpunkte bestehen ebenfalls aus 1,5m langen Erdankern mit stabiler Öse obendran, die eine Zugkraft von 2  Tonnen (+ Sicherheitsfaktor) aufnehmen können. Die maximale berechnete Kraft, die normalerweise nie auftritt (70 m/s Windgeschwindigkeit) sind 2 Tonnen Zugkraft am Drahtseil. Die maximale Druckkraft aufs Mittel”fundament” sind 2,5 Tonnen. Das Stahlseil und alle Abspannelemente (Kette zum Toleranzausgleich, Spannschloss, Verbinder, Schäkel) mussten also für 20kN ausgelegt werden. Die Abspannung war mit Abstand der teuerste Teil der Anlage, und dass obwohl ein hier vorhandenes 14mm Drahseil verwendet werden konnte.

Eine weitere Aufgabe war etwa 70m Kabelgraben auszuheben, für das Energiekabel und ein Netzwerkkabel als Datenleitung. Wir entschieden uns hierfür einen Minibagger zu mieten und haben auch alles an einem Tag incl. zuschieben geschafft, zwar mit Überstunden, aber immerhin.

Die erzeugte Energie soll übrigends das Brauchwasser in Herbst/Winter/Frühling per elektrischen Heizspiralen erhitzen und kann auch einen Beitrag zur Raumheizung leisten. Mit Windstrom heizen ist technisch gesehen das einfachste, weil man auf aufwändige Regelungen verzichten kann. Der Heizspirale ist es egal, welche Spannung oder Frequenz anliegt, sie wird immer Wärme erzeugen. Wo man trotzdem nicht drum herumkommt ist ein ausgeklügeltes Lastmanagment, das die Heizwiderstände je nach Windleistung an oder wegschaltet. Aber das später.

Eine Option ist das System später dahingehend zu erweitern, dass Energie in Akkus gespeichert wird. So oder so muss es aber Heiz/Lastwiderstände geben, die die Anlage z.B. bei vollen Akkus bremsen.

Netzeinspeisung ist aus technischer Sicht am effizientesten, aber die Geräte hierfür sind entweder sauteuer oder nicht für den Spannungsbereich unserer Anlage geeignet (50-200V). Desweiteren benötgt man einen weiteren Stromzähler und die Vergütung beträgt nur irgendwas um die 7ct/kWh. Ohne genaue Kalkulation würde ich mal behaupten, dass sich Netzeinspeisung bei einer 2KW Anlage nicht lohnt. Vielleicht auch doch, weil die Anschaffungskosten gering waren und keine Arbeitsleistungen bezahlt werden mussten.

Leider ist uns das Aufrichten nicht gelungen, die Hilfskostruktion zum Aufrichten hat sich nicht als stabil genug erwiesen und ist beim Aufrichten zur Seite ausgewichen und hat den Flachstahl für die Verschraubung des Hilfsmastes verbogen (immerhin 10x60mm, verbogen in die 60mm Richtung!). Entweder muss das stärker ausgeführt werden, oder es muss eine feststehende, vom Mast unabhängige  Hilfskonstruktion aufgebaut werden.

Ohne den Mastkopf  konnten wir den Mast problemlos aufrichten, nur mit Kopf war es nicht möglich. Mit montierten Kopf hat auch das Mastrohr einen ordentlichen Bogen beim hochziehen gemacht, aber alles im elastischen Bereich. Da besteht auch Nachbesserungsbedarf.
Ich werde mich die nächsten Wochen weiter darum kümmern, jetzt haben die geplanten Schuppen für die PV-Anlage Vorrang.

Hier ein paar Bilder:

Oberster Flansch, an dem der Mastkopf befestigt wird. Die Bohrungen in den Knotenblechen nehmen die Schäkel für die Spannseile auf.

Schweissen der Flansche

Bohren der Löcher fürs Mastdrehgelenk/Fixierbolzen

Flansch für die Verschraubung der 2 Mastteile

Mastkopf, ohne Rotorlager, Generator, Windfahnen etc. vor der Farbgebung

Mastfuss vorm Schweissen am Aubauort zur Prüfung der Bohrungen für die Verschraubung

Mastfuss nach dem Schweissen vor der Farbgebung

lackiertes Mastteil

Alle Teile neu lackiert am Aufbauort

Die Rotorblätter

Erdanker für die Seilabspannung. Die Dinger sind für 2 Tonnen Zugkraft ausgelegt

Eindrehen der Erdanker

Der Mastfuss am Aufbauort

So sieht die Verschraubung aus

Zuschieben des Kabelgrabens

Noch liegt der Mast

Verbindung der Mastteile

Befestigung der Abspannseile

Aufrichten mit Hilfe der Winde

Aufgerichteter Mast

Mastfuss mit Mast

Der Untere Teil der Seilabspannung mit Kette, Spannschloss, Schäkel, Erdanker

Mast wieder runter, um den Kopf zu montieren

Fertig motierter Anlagenkopf, noch ohne Rotorblätter

Riementrieb + Generator

Die verbogene Jütbaumbefestigung nach dem 2. Aufrichtversuch mit Mastkopf