Ringgenerator für Windräder

Neue Generatorarchitektur soll Windkraftanlagen mit höheren Energieerträgen ermöglichen.

Wissenschaftler der Universität Kassel und des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik haben eine neue Architektur für die Generatoren zukünftiger leistungsstärkerer Windenergieanlagen entwickelt. Durch einen magnetisch gelagerten Ringgenerator wird Gewicht und Platz im Maschinenhaus gespart, was die Realisierung von Anlagen mit einer Leistung von zehn Megawatt ermöglich soll.

Der Generator bildet das Herzstück einer Windenergieanlage: Er wandelt die mechanische Energie des sich drehenden Rotors in elektrischen Strom. Doch die Masse des Generators wächst mit der Leistung der Anlage enorm an. Die Generatoren der Sechs-Megawatt-Windboliden des deutschen Marktführers Enercon bringen bereits 250 Tonnen auf die Waage. Schon werden Windräder mit einer Leistung von zehn Megawatt angepeilt. Doch bei diesen Größenordnungen stößt die herkömmlich verwendete Technik an ihre Grenzen: Denn direkt angetriebene Generatoren solcher Anlagen würden etwa 1.000 Tonnen wiegen und hätten eine so große Masse, dass sie nicht mehr im Maschinenhaus der Windkraftanlage, der Gondel, untergebracht werden könnten.

Der Ringgenerator wird hingegen nicht mehr in der Gondel der Windkraftanlage platziert, sondern in einem Ring mit 20 bis 24 Meter Durchmesser, der durch Streben mit der Gondel verbunden wird. Er besteht aus ringförmig angeordneten Segmenten, die sowohl die Magnete als auch die Wicklungen enthalten, die den Strom transportieren. Da der Generator mit Permanentmagneten arbeiten wird, benötigt er im Gegensatz zu den üblicherweise in den Gondeln der Windkraftanlagen eingesetzten Elektromagneten keinen Strom, um arbeiten zu können. Die im Generator auftretenden Kräfte werden bei dem Konzept mit Magnetfeldern gebändigt, wodurch das Gewicht für die sonst nötigen Verankerungen der Komponenten reduziert wird. Das Gewicht des elektromagnetisch aktiven Teils des Generators soll bei einer Zehn-Megawatt-Anlage unter 20 Tonnen bleiben, so das Ziel der Forscher.

In Labormessungen untersuchen die Forscher, wie sich das theoretische Modell in die Praxis umsetzen lässt. Anschließend wollen sie eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 100 bis 200 Kilowatt bauen. Zwar werde der Magnetringgenerator wegen der kostspieligen Permanentmagnete teurer als die heute üblichen Anlagen sein. Doch die Mehrkosten werden sich durch die Gewichteinsparungen und höheren Energieerträge in fünf bis sechs Jahren amortisieren.

Uni Kassel / MH