Hybridtechnik bringt Freiraum in der Gondel
Mit Getriebe oder getriebelos? Diese Frage wird in der Windenergiebranche zurzeit kontrovers diskutiert. Eine wesentliche Rolle beim technischen Schlagabtausch spielen Kosten und Verfügbarkeiten. Das gilt insbesondere für Windparks im Meer. Zwischen beide Extreme wird nun eine dritte Variante gestellt – der Hybrid Drive.
Speziell für Windenergieanlagen konzipiert ist laut Hersteller Winergy das integrierte Konzept des Hybrid Drive, welches Mechanik und Elektrotechnik in einem kompakten Antriebskonzept kombiniert. Die Neuentwicklung resultiert aus einer engen Partnerschaft zwischen Winergy, Anlagendesigner W2E Wind to Energy und Fuhrländer als Hersteller. Der erste Praxistest des Hybridgetriebes mit einer Leistung von 3 MW ist für 2012 in einem neuen Prototypen von Fuhrländer vorgesehen.
Mit über 60 000 ausgelieferten Windenergiegetrieben ist Winergy in diesem Segment Weltmarktführer und der einzige Anbieter von kompletten Triebsträngen inklusive Generator und Umrichter. Der Hybrid Drive soll nicht nur die Produktpalette erweitern, sondern auch eine neue Option sein, bei deren Entwicklung Service und Zuverlässigkeit die technische Marschrichtung vorgaben.
Hybridtechnik verzichtet auf Kupplung und Wellen
Bisher dominieren konventionelle Antriebstränge den Markt, auf denen sich hintereinander meist dreistufige Getriebe, Kupplung, Generator und Umrichter befinden. Der Hybridantrieb schiebt diese Struktur zusammen. Dafür wurden Kupplung und Wellen zwischen Generator und Getriebe ausgemustert, auf die Stirnradstufe verzichtet und beide Bauteile direkt miteinander verbunden.
Das Getriebe besteht dabei aus einem zweistufigen Planetenantrieb und wahlweise einem permanent oder elektrisch erregten Generator. Weil die Stirnradstufe für eine schnelle Übersetzung der mechanischen Energie auf den Generator fehlt, reduzieren sich die Generatorendrehzahlen von 1690 min-1 auf 400 min-1. „Deshalb bekommt der Generator mehr Drehmoment und wird höher, aber auch kürzer. Insgesamt reduziert sich die Länge gegenüber konventionellen Triebsträngen um etwa 35 %, was sehr kompakte Bauformen des Maschinenhauses ermöglicht. Die Gewichtseinsparungen liegen zwischen 5 % und 10 %“, erklärte Matthias Deicke, Leiter Elektrische Systeme bei Winergy, gegenüber den VDI nachrichten.
Der eigentliche Triebstrang wird dabei verkürzt. Weitere 70 cm Länge lassen sich einsparen, wenn statt eines doppelten Hauptrotorlagers ein Momentenlager zum Einsatz kommt, welches die gleichen Zwangskräfte aufnimmt.
Winergy: Windkraft mit Hybridtechnik mit Gesamtwirkungsgrad von 94 %
Laut Winergy hat der Hybrid Drive einen Gesamtwirkungsgrad von 94 % und kann aufgrund einer dreifachen Farbbeschichtung sowohl für Anlagen an Land als auch Offshore eingesetzt werden. Das Gesamtgewicht für eine 3-MW-Anlage liege je nach Ausführung zwischen 25 t und 31 t.
Da Winergy die Getriebe individuell fertigt, haben Kunden die Wahl: „Der Hybridantrieb stellt eine neue Möglichkeit dar, die Vor- und Nachteile hat. Am Ende muss der Kunde wissen, ob er einen aufgelösten Triebstrang will, um die Komponenten einzeln zu verhandeln oder sich für eine Lösung entscheidet, die alles kombiniert. Zum Schluss zählen die Kosten der Energieerzeugung und Masse kostet Geld“, so Deicke.
Eine weitere Entscheidungshilfe könnten neben kompakteren Bauformen und reduzierten Gewichten die Service- und Wartungskosten sowie reparaturbedingte Ausfallwahrscheinlichkeiten sein. Der Hybridantrieb ist modular aufgebaut, sodass sich der Generator für eine Reparatur der Planetenstufen abkoppeln und Bauteile bis 20 t per Servicekran im Maschinenhaus bewegen lassen.
Hybridtechnik von Winergy ist modular und damit servicefreundlich
Ein ähnlich servicefreundliches Konzept hatte Winergy 2010 bereits mit dem Multi Duored präsentiert. Dieses 6,5-MW-Getriebe kommt ohne Planetenstufen aus, hat zwei Generatoren und fußt auf einer Vielzahl technisch gleicher Bauteile. Da kein Bauteil mehr als 1 t wiegt, ließen sich Ersatzteile mit einem Servicekran im Maschinenhaus oder per Hubschrauber nach oben schaffen. Für Reparaturarbeiten lässt sich das Multi Duored zudem um die eigene Achse drehen. Zwar würden Reparaturen im Fall der Fälle immer noch einen Ausfall bedeuten, aber den Einsatz teurer Kräne überflüssig machen. Diese Argumente könnten vor allem im Offshoregeschäft ziehen.
Anziehende Preise für Seltene Erden könnten der Technik einen weiteren Schub verleihen. Sie werden für den Bau von permanent erregten getriebelosen Maschinen benötigt. Bei getriebelosen Systemen mit Permanenterregung werden rund 1 t Magnetmaterial pro MW Leistung benötigt. Weil China seine Monopolstellung ausnutzte, stiegen die Preise zuletzt binnen weniger Wochen um mehr als 200 %.
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