23.02.2011

Wind mit 50 Hertz

Differenzialgetriebe ermöglicht die direkte Einspeisung von Windenergie bei variablen Windverhältnissen.

Differenzialgetriebe ermöglicht die direkte Einspeisung von Windenergie bei variablen Windverhältnissen.

Windkraftanlagen haben ein Problem: Abhängig von der Stärke des Windes ändert sich die Drehzahl des Rotors (typischerweise 12–16 Umdrehungen in der Minute) und damit auch des Generators. Einspeisen müssen sie jedoch einen Wechselstrom von 50 Hertz. Bisher wird der erzeugte Wechselstrom daher zunächst gleichgerichtet, um dann in den gewünschten 50 Hertz-Wechselstrom umgewandelt zu werden, was einen Verlust von etwa 5 Prozent verursacht. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) haben nun ein aktives Getriebe entwickelt, das die doppelte Umwandlung überflüssig macht.

Um die Netzfrequenz von 50 Hertz zu erreichen, muss ein Generator mit der üblichen Polpaarzahl von zwei eine Synchrondrehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute besitzen. Trotz variabler Eingangsdrehzahl kann dies mittels eines Überlagerungsgetriebes – analog zu einem geregelten Differential für Kraftfahrzeuge – erreicht werden. Wie bei herkömmlichen Konstruktionen sorgt ein Planetengetriebe für einen Großteil der benötigten Übersetzung. Hinzu kommt ein Überlagerungsgetriebe mit einem zusätzlichen Elektromotor, der sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann. Damit kann die vom Rotor ankommende Leistung gezielt unterstützt, oder abgezweigt werden, so dass sich eine konstante Abtriebsdrehzahl am Generator ergibt. Für eine Windkraftanlage mit 1,5 MW reicht bei einem solchen Konzept ein Elektromotor mit einer Überlagerungsleistung von lediglich etwa 80 kW aus.

Damit kässt sich sowohl eine Verringerung der Gondelgröße, wie auch eine Steigerung des Wirkungsgrades der Anlagen bewirken.

TUM / KK

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