Isolierflüssigkeit beeinflusst Umweltrisiko und Brandgefahr bei der Windkraftnutzung. Ein Beitrag von Florian Gerlach

Was tankt Ihr Trafo?

Florian Gerlach Anschrift des Autors: Ochsenweg 4, 25560 Hadenfeld, Tel. 04892/890283, Fax 04892/8900983, E-Mail: [email protected]

Transformatoren für Strom aus Windkraft: Unscheinbar stehen sie meist im grünen Kasten neben dem Turm. Auf hoher See dagegen drängen sie sich in der Gondel, an der Außenseite der Anlage oder, als zentrale OffshoreUmspannwerke großer Windparks, auf separaten Plattformen. Gemeinsam haben die meisten dieser Spannungswandler, dass sie bislang mit Mineralöl isoliert und gekühlt werden. Brandgefahr und Umwelteigenschaften dieser Isolierflüssigkeit legen an sensiblen Einsatzorten die Suche nach Alternativen nahe. Isolierflüssigkeiten auf Esterbasis müssen keinen Leistungsvergleich scheuen, sind biologisch abbaubar, nicht wassergefährdend und schwer entzündlich. Dreißig Jahre nach Einführung des Isoliermittels kommen nun Transformatoren auf den Markt, die die Leistungsfähigkeit der Ester für eine besonders kompakte Bauweise nutzen. Ihr Einsatzbereich: Windenergieanlagen der Megawattklasse.

Öko-Energie mit Mineralöl Abbildung 2: Windenergieanlagen an ökologisch sensiblen Standorten müssen besonders hohen Anforderungen an ihre Umweltverträglichkeit genügen.

Rund 1.200 Kilogramm Flüssigkeit enthält der Transformator einer Zwei-Megawatt-Windenergieanlage. Mineralöl gilt auch hier als Standardlösung für flüssigkeitsgefüllte

Transformatoren – immerhin ist es wind: So listet das Internetportal (noch) billig, im Einsatz erprobt und Windkraftgegner.de bereits 72 lokale sowohl gesundheitlich als auch für die Initiativen auf, die sich zum Ziel gesetzt Umwelt weniger gefährlich als die auf haben, die Errichtung von Windenergiepolychloriertem Biphenyl (PCB) basieanlagen zu verhindern. Je stärker die renden Isolieröle, die in den 1980ern Windbranche wächst, desto sorgfältiger verboten wurden. An umweltsensiblen müssen die Akteure darauf achten, den Standorten jedoch, wo auch die meisten Windenergieanlagen stehen, zeigen sich die Schattenseiten von Mineralöl als Isoliermittel. Gelangt es etwa nach einem Unfall oder Brand nach außen, entstehen erhebliche Umweltschäden bis hin zur Verseuchung von Trinkwasser oder, bei Offshoreanlagen, zur Schädigung des Meeres. Erhebliche Kosten verursacht die Beseitigung eines Ölfilms auf dem Meer oder die Entsorgung kontaminierter Böden. Ein Beispiel: Rund 250 Ton- Abbildung 1: Transformator eines Windparks in nen Erdreich musste das Altlasten- Holland Sanierungs-Center Aachen nach dem Auslaufen eines leckgeschlagenen Sympathiebonus der umweltfreundVerteiltransformators entsorgen. Samt lichen Energiequelle bei Öffentlichkeit Aushub und Transport war eine Rechund Umweltverbänden zu erhalten und nung im hohen vierstelligen Bereich fälauszubauen. Dabei umfasst ein schlüssilig. ges Gesamtkonzept für eine nachhaltige Unberechenbar und langfristig wirkt Energienutzung den Einsatz risikoarzudem der Einfluss von Umweltschämer Technologien ebenso wie die Suche den auf die öffentliche Meinung. Windnach umweltverträglichen Einsatzenergie genießt ein positives Image in stoffen. der Bevölkerung, doch vor Ort erfahren Anlagenbetreiber ohnehin oft kräftigen Gegen-

Mineralöl im Transformator stellt nicht nur ein Umwelt- sondern auch ein Sicherheitsrisiko dar. Nicht erst seit dem Brand eines Transformators im schwedischen Atomkraftwerk Ringhals im November 2006 ist bekannt, dass von Transformatoren ein Brandrisiko ausgeht. Mineralöl als leicht brennbarer Stoff stellt eine zusätzliche Gefahr dar. Bei Windenergieanlagen hat es allein in Schleswig-Holstein im vergangenen Jahr insgesamt fünf Brandfälle gegeben. Feuer in der Anlage durch Blitzschlag oder andere Ursachen kann ölgefüllte Transformatoren zur Explosion bringen und dabei große Schäden anrichten. Im Ernstfall seien Feuerwehren bei den heute gebauten Anlagen der Multi-Megawattklasse wegen der großen Turmhöhen zum Zuschauen verurteilt, betonte Schadensregulierer Manfred Perkun in einem Bericht für den Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV). Für den Branchenverband stellte er als Mitglied der GDV-Projektgruppe „Erneuerbare Energien“ das technische Gefährdungspotential von Windenergieanlagen dar. Auch auf den Trafo begrenzte Schäden haben auf hoher See teure Folgen: Der Aufwand für Reparatur und Ersatz ist ein Vielfaches höher als an Land. Eine schadensbedingte Betriebsunterbrechung beispielsweise kann sich durch Wartezeiten für Kranschiffe über Monate hinziehen. Der potenzielle Schaden ist erheblich, manchmal bedeuten 24 Stunden schon einige tausend Euro Ertragsausfall. Häufig versichern sich Betreiber gegen Ertragsausfälle und Brandschäden – es bleiben steigende Versicherungsbeiträge, Lieferausfälle und negative Schlagzeilen.

Alternativ für Umwelt und Sicherheit Gibt es Alternativen zum leicht brennbaren und umweltgefährlichen Mineralöl im Trafo? Ohne Flüssigkeit läuft im Windenergiebereich wenig – wie das American Council for an Energy-Efficient Economy in einer 1998 veröffentlichten Studie feststellte, erreichen „flüssigkeitsgefüllte Geräte bei geringeren Gerätekosten höhere Wirkungsgrade als vergleichbare Trockenanlagen“. Zudem sind Flüssig-Transformatoren in der Regel weniger wartungsintensiv und bei Störungen einfach zu reparieren. Beim Isoliermedium allerdings haben Betreiber von Windenergieanlagen durch-

13./14. juni ‘07 Der Countdown läuft – Deutschland realisiert aufgrund verbesserter Rahmenbedingungen erste Offshore-Windparks unter Einsatz innovativer und praxisnaher Technologien. Die dritte WAB Offshore-Wind-Konferenz in Bremerhaven präsentiert die aktuellen Offshore-Entwicklungen in Nord- und Ostsee.

:

Konferenzthemen · · · · · ·

politische Rahmenbedingungen Netzanbindung von Offshore-Windparks Fundamente – Design und Umweltbedingungen ökologische und technische Forschung Vorhaben der Turbinenhersteller nationale und internationale Projektberichte

Weitere Informationen: www.windenergie-agentur.de

Mit freundlicher Unterstützung von:

41 ERNEUERBARE ENERGIEN 5/2007

Medienpartner:

Abbildung 3: Eine Windkraftanlage in Flammen: Unerreichbar für die Feuerwehr ist ein Totalschaden vorprogrammiert. (Foto: Minimax)

aus die Wahl: Neben Mineralöl stehen synthetische Flüssigkeiten wie Silikon oder Ester zur Wahl.

Abbildung 4: Hohe Brandsicherheit und leicht biologisch abbaubar: Transformatorflüssigkeit auf Esterbasis.

Silikonbasierte Isolierflüssigkeiten sind nicht brennbar, ebenso wie Mineralöl verschmutzen sie jedoch beim Austreten die Umwelt für lange Zeit. So ist

Ingenieurbüro

Tel. 0 41 86 / 55 51 Fax 50 44 www.ing-buero-frey.de

▲▲ ▲

Belastungsmessungen Leistungskurvenmessungen Standort-Windmessungen Präzisions-Anemometer Präzisions-Windfahne Messmaste bis 100 m Rotorblattüberwachung Anemometerkalibration

▲

✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Ingenieurbüro Andresen ▲

akkreditiertes unabhängiges Messlabor

Silikonöl innerhalb von 28 Tagen zu weniger als fünf Prozent biologisch abbaubar (OECD-Test 301-D). Perchlorethylen (PER), eine weitere nicht brennbare Isolierflüssigkeit, ist ebenso wie andere chlorierte Kohlenwasserstoffe krebserregend und hochgradig umweltgefährdend. Isolierflüssigkeiten auf der Basis synthetischer Ester dagegen gelten als gesundheitlich unbedenklich und biologisch leicht abbaubar. Die esterbasierte TrafoIsolierflüssigkeit Midel® 7131 des europäischen Marktführers hat das Umweltbundesamt als nicht wassergefährdend eingestuft, da es auf Wasserlebewesen nicht giftig wirkt und zudem bereits nach 13 Tagen zu 71 Prozent biologisch abge-

Wiederkehrende technische Überprüfungen Inbetriebnahme- und Garantiegutachten Zustandsorientierte Überprüfungen Blitzschutzprüfungen Schwingungsanalyse

Ingenieurbüro Andresen Sachverständigenbüro für Windenergieanlagen Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger von der IHK Flensburg für WEA Dipl.-Ing. Sven Andresen Uthlandstr. 34 • D-25813 Husum Tel. 04841/720672 • Fax: 04841/720673 Mobil: 0173/5234568

baut ist (OECD-Test 301-F). Praktisch: Bei Transport und Handhabung der Flüssigkeit sind keine speziellen Schutzvorkehrungen notwendig. Denkbar sind zudem Erleichterungen bei Wasserschutzauflagen, beispielsweise ein Verzicht auf doppelwandige Kessel. Der Brennpunkt der Esterflüssigkeit aus dem Hause M&I Materials liegt hoch, nämlich bei 322 °C, zudem erwärmt sich die Flüssigkeit auf Grund ihrer hohen spezifischen Wärme und Wärmeleitfähigkeit besonders langsam. Fälle, in denen das Produkt zu einem Brand beigetragen hätte, sind dem Hersteller keine bekannt. Die BASF Farben & Lacke AG wollte es genauer wissen. In ihrem Auftrag schickten Prüfer der Allianz Versicherungs-AG einen 630-kVA-BBC-Trafo gefüllt mit Midel® 7131 auf den Scheiterhaufen. 70 Minuten lang stand das Gerät inmitten von 180 kg brennendem Holz. Das Ergebnis: Die Isolierflüssigkeit erwärmte sich auf unbedenkliche 204 °C, aus dem Überdruckventil austretendes Gas ließ sich nicht anzünden, der Trafo trug in keiner Weise zum Brand bei.

Synthetische Ester in alten und neuen Transformatoren Die Mischung synthetischer Ester mit Mineralöl ist in der Regel problemlos Finanzstarke Investoren

www.Windmesse.de Marktplatz für Anlagen, Projekte und Standorte

Tel.: 040 / 85 40 98-0

suchen Windparks und und Einzelanlagen, neu und gebraucht in allen Stadien. CW Consult GmbH & Co. KG Tel. 02734/400 57, Fax 02734/71 52 E-Mail: [email protected] www.cw-consult.de

Allgefahren-Deckung für Windkraftanlagen Umfassender Versicherungsschutz durch Abschluß einer Sachversicherung Ertragsausfallversicherung Haftpflichtversicherung Langfristige Absicherung der Finanzierungsmittel. Wir informieren Sie gern über diesen modernen und preiswerten Versicherungsschutz. Generalagentur

JOHN KNOX Mühlenweg 3, 25813 Husum Tel. 0 48 41/83 84-0, Fax 0 48 41/61814 E-Mail: [email protected] ERNEUERBARE ENERGIEN

Versicherungen

5/2007

42

möglich. Änderungen am Design oder der Leistungseinstufung der Geräte bei der Umstellung bisher mineralölbefüllter Trafos seien nicht nötig, versichert Verfahrensingenieur Lutz Waldig von IsoEst, der deutschen Vertretung für Midel® 7131. Für Windenergieanlagen der Megawattklasse besonders interessant ist die Nutzung der Leistungsfähigkeit von Esterflüssigkeiten für den Bau besonders kompakter Transformatoren. Die Wärmeleitfähigkeit und zuverlässige Wirkung des Esterfluids auch bei hohen Temperaturen nutzen Hersteller von Transformatoren, um besonders leichte und raumsparende Konstruktionskonzepte zu realisieren. Einige dieser optimierten Transformatortypen sind bereits am Markt erhältlich – zum Teil werden sie ausdrücklich für den Einsatz in Windenergieanlagen angeboten.

Kostenfaktor Isolierflüssigkeit? Bisher haben sich Esterflüssigkeiten im Trafo vor allem dort durchgesetzt, wo Umweltverträglichkeit, Sicherheit und höchste Leistungsfähigkeit entscheidend sind. Auf Kreuzfahrtschiffen wie der Queen Mary II sind estergefüllte Trafos ebenso im Einsatz wie auf Ölbohrinseln und bei der Deutschen Bahn. Das schottische Unternehmen

Ocean Power Delivery, Pionier bei der Nutzung erneuerbarer Energien mit den Offshore-Wellenkraftwerken „Pelamis“ vor den Küsten Schottlands und Portugals, setzt auf Ester in den Transformatoren seiner schwimmenden Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von drei Megawatt. Bei der Windenergie fasst die umweltfreundliche Isoliervariante allmählich Fuß: Vier spanische Windparks sollen in Kürze mit esterbasierter Isolierflüssigkeit in ihren Trafos ans Netz gehen. Ein Grund, warum sich synthetische Ester bisher nicht als Standardlösung für die Trafoisolierung durchsetzten, liegt in der Tatsache, dass die Flüssigkeit etwa drei- bis viermal so teuer ist wie Mineralöl. Sie wird daher etwa bei Angeboten nur dann aufgeführt, wenn sie in der Ausschreibung explizit genannt wird. Der Standardtrafo einer Zwei-Megawatt-Windkraftanlage benötigt rund 1.200 kg Isolierflüssigkeit, damit beläuft sich der Aufpreis von Ester gegenüber Mineralöl auf ca. 3.600 Euro – knapp zwei Promille des gesamten Investitionsvolumens einer solchen

Anlage. Zum Vergleich: Der Anteil eines einzelnen Sicherheitsgurts an den

Gesamtkosten einer Luxuslimousine fällt prozentual mehr ins Gewicht als die Preisunterschiede zwischen TrafoIsolierflüssigkeiten für eine Windenergieanlage. Für den Investor entscheidend bei der Wahl des Isoliermittels sind dagegen der Vergleich und die projektbezogene Abwägung von Leistungsdaten, potenzielle Umweltrisiken und Brandgefährdung.

Abbildung 5: 70 Minuten Brandtest im Allianzlabor überstand dieser estergefüllte Trafo gefahrlos. (Foto: M&I Materials Ltd)

Zufrieden mit dem Service für Ihre WEA? Bleiben Sie bei: www.ep-windservice.de [email protected] Wir bieten herstellerunabhängig: • Windservice • Inspektion und Wartung • Instandsetzung • Modifikationen • Komplett-Sanierung

Mit Sicherheit für Ihren Erfolg Weltweites Risko- und Versicherungsmanagement für Erneuerbare Energien

Marsh GmbH Cremon 3 20457 Hamburg Thomas Haukje Telefon: (0 40) 37 69 2-2 28 Telefax: (0 40) 37 69 2-4 44 [email protected] www.marsh.de

SAG Erwin Peters SAG Erwin Peters GmbH • Großmoorbogen 21 • 21079 Hamburg ServiceCenter Nord/Ost Ostenfeld +49(0)4845-791960 ServiceCenter West/Süd Wallenhorst +49(0)5407-89860 E-Mail: [email protected], www.ep-windservice.de

43 ERNEUERBARE ENERGIEN 5/2007