Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kasseler Forscher entwickeln Ringgenerator für Windenergieanlagen der Zukunft

26.07.2011
Der Transrapid steht Pate: Wissenschaftler der Universität Kassel und des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik entwickeln einen magnetisch gelagerten Ringgenerator für die noch leistungsstärkeren Windenergieanlagen der Zukunft.

Der Kasseler Ringgenerator soll robuster, wartungsfreundlicher und effizienter als die momentan verwendeten Generatoren sein. Eine Modellanlage ist schon in der Planung.


Magnetringgenerator Nahaufnahme
Prof. Dr.–Ing. Siegfried Heier / Universität Kassel


Magnetringgenerator
Prof. Dr.–Ing. Siegfried Heier / Universität Kassel

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 Super-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, sagt Professor Dr.-Ing. Siegfried Heier vom Fachbereich Elektrotechnik/Informatik der Universität Kassel. Er ist Leiter des vom Bundesumweltministerium (BMU) mit insgesamt 550.000 Euro geförderten und vom Forschungszentrum Jülich getragenen Forschungsprojekts MagnetRing. „Das erforderte gigantische Turm-Bauwerke. Es gäbe keinen Kran, der diese Masse auf die Gondel hieven könnte“, ergänzt er.

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 Meter 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“, sagt Professor Heier. „Hinzu kommen dann noch die Tragkonstruktionen des Generators.“

Die Kasseler Wissenschaftler 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.

Die Forscher haben dieses Prinzip für ihren Generator umgekehrt. Denn ein Generator funktioniert im Prinzip genauso wie ein Elektromotor, nur dass er kinetische Energie in Strom umwandelt. Der Kasseler Generator wird ebenfalls mit Permanentmagneten arbeiten. Er benötigt also im Gegensatz zu den üblicherweise in den Gondeln der Windkraftanlagen eingesetzten Elektromagneten keinen Strom, um arbeiten zu können. Elektrisch angeregte Magneten brauchen außerdem viel mehr Platz, denn sie verfügen über deutlich mehr Masse als Permanentmagnete.

Der Generator wird aus ringförmig angeordneten Segmenten bestehen, die sowohl die Magnete als auch die Wicklungen, den so genannten Stator, enthalten, die den Strom transportieren. Die Segmente können später im Rahmen der Wartung einzeln ausgetauscht werden. So muss bei einem Fehler nicht der ganze Generator ausgebaut und überholt werden. Ohnehin seien die Permanentmagnete gegenüber Elektromagneten viel unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen, sagt Professor Heier, der schon die erste große deutsche Windkraftanlage Growian mit entwickelt hat.

Im Labor des Fachgebiets analysiert die Doktorandin Katharina Messoll anhand von Messungen momentan, ob das theoretische Modell in der Praxis funktioniert. Die Firma Krämer Energietechnik aus Zierenberg, die nach der Aufgabe der Produktion des Transrapid in Kassel durch ThyssenKrupp die Ersatzteile für die Magnetschwebebahn herstellt, hat für die Wissenschaftler Segmente des geplanten Generators gebaut. Die Magnete sind schräg angeordnet und die Zwischenräume mit geklebten Schichten aus lasergeschnittenen Blechen ausgefüllt. Diese Anordnung soll dafür sorgen, dass das Magnetfeld stark konzentriert wird und der Generator eine möglichst hohe Energiedichte aufweist. Ziel der Messungen Messolls ist es, die Machbarkeit des Generatorkonzepts nachzuweisen, die Energieverluste des Generators zu minimieren und seinen Wirkungsgrad zu erhöhen.

Um die Erfolg versprechende Forschung zu vertiefen, wird die Laufzeit des 2009 gestarteten Projekts bis Ende März 2012 verlängert. „Danach wollen wir den nächsten Schritt gehen“, sagt Professor Heier. Das bedeute, dass er eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 100 bis 200 Kilowatt bauen will. Zwar werde der Magnetringgenerator wegen der kostspieligen Permanentmagnete teurer als die heute üblichen Anlagen sein. „Doch diese Mehrkosten werden sich durch enorme Gewichteinsparungen und höhere Energieerträge in fünf bis sechs Jahren amortisieren“, schätzt Heier.

Solar World Congress 2011
Das Magnetring-Forschungsprojekt unterstreicht die Kompetenz der Uni Kassel in vielen Bereichen der regenerativen Energie-Technik. Die Universität richtet in diesem Jahr den Solar World Congress aus. Der Solar World Congress ist weltweit der größte Wissenschaftskongress im Bereich Solarenergie und –architektur. Hauptthemen der Veranstaltung vom 28. August bis 2. September in Kassel sind solares Heizen und Kühlen, Solararchitektur, regenerative Stromversorgung, regenerative Energieressourcen sowie regenerative Energien und Gesellschaft. Ausrichter ist die Universität Kassel in Kooperation mit der International Solar Energy Society (ISES). Weiterer Informationen gibt es unter http://www.swc2011.org.
Info
Prof. Dr.–Ing. Siegfried Heier
Universität Kassel
Tel.: 0561/804-6345
E-Mail: heier@uni-kassel.de
Katharina Messoll, M. Sc.
Tel.: 0561/804-6454
E-Mail: messoll@uni-kassel.de

Christine Mandel | Universität Kassel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kassel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften