Energieeffizienz Wissenschaftler entwickeln neuen Ringgenerator für Windenergieanlagen

Höherer Energiegewinn bei weniger Gewicht ist eines der Ziele, die Wissenschaftler der Universität Kassel und des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik verfolgen. Sie entwickeln einen magnetisch gelagerten Ringgenerator für leistungsstärkere Windenergieanlagen.

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Der Kasseler Ringgenerator soll robuster, wartungsfreundlicher und effizienter als die momentan verwendeten Generatoren sein. Eine Modellanlage ist schon in der Planung. 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 t auf die Waage. Schon werden Windräder mit einer Leistung von 10 MW angepeilt. Doch bei diesen Größenordnungen stößt die herkömmlich verwendete Technik an ihre Grenzen: Denn direkt angetriebene Generatoren solcher Super-Anlagen würden etwa 1000 t wiegen und hätten eine so große Masse, dass sie nicht mehr im Maschinenhaus der Windkraftanlage, der Gondel, untergebracht werden könnten.

Ein neues Konzept für Windräder

Prof. Dr.-Ing. Siegfried Heier vom Fachbereich Elektrotechnik/Informatik der Universität Kassel ist Leiter des vom Bundesumweltministerium (BMU) mit insgesamt 550.000 € geförderten und vom Forschungszentrum Jülich getragenen Forschungsprojekts MagnetRing. Heier konstatiert: „Die große Masse der Super-Anlagen braucht gigantische Turm-Bauwerke. Es gäbe aber keinen Kran, der diese Masse auf die Gondel hieven könnte.“

Die Kasseler Forscher haben deshalb eine neue Architektur für den Generator entwickelt. Er wird nicht mehr in der Gondel der Windkraftanlage platziert, sondern in einem Ring mit 20 bis 24 m Durchmesser, der durch Streben mit der Gondel verbunden wird.

„Mit dem Gewicht des elektromagnetisch aktiven Teils des Generators wollen wir bei einer Zehn-Megawatt-Anlage unter 20 Tonnen bleiben“, konstatiert Heier. „Hinzu kommen dann noch die Tragkonstruktionen des Generators.“

Die Kasseler wollen die im Generator auftretenden gewaltigen Kräfte mit Magnetfeldern bändigen, so wird das Gewicht für die sonst nötigen Verankerungen der Komponenten sehr stark reduziert.

Das Prinzip des Ringgenerators ist zum Teil an die Antriebstechnik des in Kassel entwickelten Transrapid angelehnt, der zwischen der chinesischen Metropole Shanghai und deren Flughafen pendelt. Diese Schwebebahn verfügt an ihrer Unterseite über Permanentmagnete. Sie bewegt sich mittels eines magnetischen Kraftfelds und elektrischem Strom kontaktlos über einen Fahrweg. Der in den Fahrweg integrierte Elektromotor wandelt Strom in mechanische Energie, also Vortrieb.

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