Ein Transformator in der Windenergieanlage muss zwei Bedingungen erfüllen, die einander widersprechen: hohe Leistung und geringes Gewicht bei kleinstem Bauraum. Wie eine Bauform entsteht, die beides schafft, lässt sich an einer Baureihe nachvollziehen, die seit 2001 gebaut wird.
Die Ausgangslage: Gießharz stößt an Grenzen
Lange Zeit waren Turmtransformatoren in Windenergieanlagen Gießharztransformatoren. Mit steigenden Nennleistungen und höheren Spannungen wurde diese Technik jedoch nicht mehr in jedem Fall passend. Hinzu kam, dass die Zuverlässigkeit von Gießharzausführungen nach mehreren aufsehenerregenden Ausfällen im Feld in Frage gestellt wurde. Gebraucht wurde eine flüssigkeitsgefüllte Lösung.
Erster Schritt: SLIM mit Silikonöl
Der Hersteller CG Power – damals noch unter dem Namen Pauwels – entwickelte zusammen mit DuPont einen kompakten Transformator mit einem sehr konkreten Maßstab: Er musste durch die Tür am Fuß eines modernen Mehrmegawatt-Turms passen. Die Bauform bekam den Namen SLIM. Gefüllt wurde die erste Baureihe mit Silikonöl, da dieses als Flüssigkeit der Brandklasse K gute Hochtemperatureigenschaften mitbringt.
Zwei Schwächen blieben: Silikonöl ist praktisch nicht biologisch abbaubar, und es neigt dazu, an Dichtungen auszutreten. Beides wiegt in der Windenergie schwer – viele Anlagen stehen in ökologisch empfindlichen Gebieten oder auf See.
Zweiter Schritt: Bio-SLIM mit Shell MIDEL 7131
Der Hersteller suchte nach einer umweltverträglicheren Füllung und kam zu Shell MIDEL 7131. Der synthetische Ester ist leicht biologisch abbaubar und hat damit im Leckagefall erheblich geringere Auswirkungen; zugleich ist er mit den meisten Dichtungswerkstoffen besser verträglich, so dass Undichtigkeiten seltener auftreten. Die neue Baureihe heißt Bio-SLIM.
Der Hersteller der Flüssigkeit war an der Entwicklung unmittelbar beteiligt – mit Laborprüfungen zur Materialverträglichkeit und mit Langzeitversuchen zum Verhalten von Shell MIDEL 7131 bei hoher Temperatur. Zugleich musste ein Markt für den flüssigkeitsgefüllten Windenergietransformator überhaupt erst entstehen, denn das Feld war bis dahin von Gießharz beherrscht.
Was die Flüssigkeit für die Baugröße bedeutet
- In der zweiten Entwicklungsstufe wurde die Bauform kleiner als die Silikonausführung – bei gleicher oder höherer Leistung.
- Möglich war das durch die besseren thermischen und elektrischen Eigenschaften von Shell MIDEL 7131 im Vergleich zu Silikonöl.
- Mehrere tausend Bio-SLIM-Transformatoren sind heute weltweit in Betrieb.
- Die aktuellen Ausführungen reichen bis 7 MVA und bis zu einer höchsten Spannung von 72,5 kV.
Einordnung für deutsche Projekte
Die Entwicklung erklärt, warum die Frage Gießharz oder Esterflüssigkeit bei Turmtransformatoren heute meist zugunsten des Esters ausfällt: Die Bauform wäre ohne die Flüssigkeit nicht möglich. Synthetische Ester nach DIN EN 61099 erfüllen dabei die Brandklasse K nach IEC 61100 – in einem Turm, der im Brandfall als Kamin wirkt, ist das der entscheidende Punkt.
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