Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Große Windenergieanlagen profitieren von innovativer Getriebetechnik

25.03.2009
Mit der steigenden Leistung von Windenergieanlagen erhöhen sich die Anforderungen an deren Antriebsstrang. Zuverlässigkeit, Gewicht, Kosten und Wirkungsgrad sind die Vergleichskriterien. Mehrheitlich sprechen sie für ein Generatorantriebskonzept mit Getriebe.

Windenergie ist rund um den Globus gefragt. Etwa 27 GW Leistung wurden 2008 weltweit neu aufgestellt. Die Anlagenhersteller verzeichnen weiterhin weltweit ein zweistelliges Umsatzwachstum. Jedoch verschiebt sich der Markt zu immer größeren Anlagen. Moderne Windkraftwerke folgen dem Trend zu immer höheren Türmen und längeren Rotorblättern. Einige Rotorblätter sind bereits so lang, dass sie aus Logistikgründen erst am Aufstellort zu einem Flügel verschraubt werden. Eine moderne Antriebstechnik ist wesentlich für die Leistungsfähigkeit dieser Anlagen.

Drei Antriebskonzepte am Markt eingeführt

Basis dafür ist eine innovative Getriebetechnik. Sie besteht bei Rexroth aus Hauptgetrieben zur Erhöhung der Rotordrehzahl auf die Generatordrehzahl. Zu diesen Getrieben, die es in sehr unterschiedlichen Größen gibt, kommen kompakte Pitch- und Azimutgetriebe für die Rotorblattverstellung sowie die Gondelnachführung. Alternativ dazu werden bei Rexroth auch komplette Hydraulikaggregate zur Rotorblatt- und Azimutverstellung gefertigt.

Auf der anderen Seite des Hydraulikprogramms für Windenergieanlagen steht die Versorgung mit Komponenten, zum Beispiel der Ölversorgungseinheit. Beide Antriebstechniken treibt Rexroth seit Mitte der achtziger Jahre für Windenergieanlagen voran, seit dem Entstehen der modernen Windindustrie.

Die durchschnittliche Leistung einer in Deutschland installierten Windenergieanlage lag im vergangenen Jahr bei nicht ganz 2 MW. Moderne Onshore-Anlagen erreichen eine Leistung bis 3,5 MW. Für Offshore-Windparks sind sogar Anlagen mit einer Leistung von 5 MW und mehr geplant. Mit steigender Leistung nimmt die Anlagengröße zu. Damit erhöhen sich auch die Anforderungen an die eingesetzten Komponenten im Antriebsstrang stetig. Drei Antriebsstrangkonzepte sind zu unterscheiden:

-Das mehrstufige, kombinierte Planeten-Stirnradgetriebe befindet sich zwischen der Rotornabe und einer doppelt gespeisten, schnell laufenden Asynchronmaschine. Dieses Antriebsstrangkonzept hat einen Marktanteil von über 80%.

-Beim Direktantrieb sind die Rotornabe und ein groß dimensionierter Ringkerngenerator ohne Getriebe als feste Einheit miteinander verbunden.

-Das dritte Antriebsstrangkonzept basiert auf einem Antrieb mit ein oder zwei Getriebestufen und einem Generator mittlerer Geschwindigkeit.

Sehr oft in der Diskussion steht die Frage, welches Antriebskonzept bezüglich des Gewichts, der Kosten und der Wirtschaftlichkeit den anderen überlegen ist. Ein Gewichtsvergleich für die drei unterschiedlichen Antriebskonzepte aus Getriebe, Generator und Umrichter ergibt, dass sich das Gewicht der Direktantriebe mit zunehmender Leistung stärker erhöht als das der Getriebelösung. Dies liegt hauptsächlich daran, dass bei den Ringgeneratoren mit großen Durchmessern die Tragstruktur sehr massiv sein muss, um einen kleinen Luftspalt zwischen Rotor und Stator erreichen zu können. Daraus folgen sehr große Turmkopfmassen und entsprechende Kostennachteile der Direktantriebe bei den Türmen und Fundamenten.

Bezüglich der Kosten für den Antriebsstrang erhält man ein sehr ähnliches Ergebnis. Bei Direktantrieben schlägt sich der höhere Materialaufwand direkt in den Kosten nie-der. Deutlich günstiger sind Antriebslösungen mit Getriebe. Die Kosten für die Getriebekonzepte mit Synchrongenerator sind höher als bei einem Antriebssystem mit einem doppelt gespeisten Asynchrongenerator. Dies liegt hauptsächlich an den höheren Kosten für den Vollumrichter, der bei Synchrongeneratoren benötigt wird.

Mehr Wirtschaftlichkeit bei Antrieben mit Getriebe

Entscheidend für die Überlegenheit der Antriebe ist letztendlich der Vergleich der Wirtschaftlichkeit. Die Kostennachteile der Direktantriebe können nur zum Teil durch die höheren Energieerträge (besserer Wirkungsgrad) kompensiert werden. Insgesamt bietet die Wirtschaftlichkeit der Antriebskonzepte mit Getriebe Vorteile. Außerdem ist die Produktion von Getrieben weniger sensibel gegenüber Preissteigerungen bei Rohstoffen wie Magneten, Kupfer und Stahl als die von Direktantrieben. Daher wird der Anteil der Windenergieanlagen mit Getriebe auch in Zukunft weiter steigen.

Moderne Pitchsysteme garantieren eine optimale Leistungsregelung innerhalb des gesamten Betriebsbereichs einer Windenergieanlage. Für die Rotorblattverstellung bietet Rexroth sowohl elektromechanische als auch hydraulische Lösungen. Elektromechanische Pitchantriebe, platzsparend in der Nabe installiert, bestehen jeweils aus einem kompakten, zwei- oder dreistufigen Planetengetriebe, einem Abtriebsritzel und einem wartungsfreien Asynchronmotor.

Auch hydraulische Rotorblattverstellungen zeichnen sich durch geringes Bauvolumen, dezentrale Intelligenz und hohe Zuverlässigkeit aus. Dabei übernehmen busfähige Proportionalwegeventile komplexe Regelungsaufgaben und sorgen so für eine hohe Regeldynamik. Mit der aufgelösten Bauweise der hydraulischen Einheiten gestaltet sich der Einbau in der Windturbine sehr flexibel. Sowohl die mechanische als auch die hydraulische Rotorblattverstellung kommen in modernen Anlagen zum Einsatz. Der Anlagenhersteller entscheidet, welche Merkmale und Eigenschaften ihm vorrangig von Bedeutung sind.

Ein Weg, um neue Antriebslösungen für Windenergieanlagen einzuführen, sind Entwicklungspartnerschaften zwischen Zulieferern und Anlagenherstellern. Rexroth hat dafür eigens ein Anwendungszentrum für Windenergie eingerichtet. Dort werden individuelle Engineering-Lösungen gemeinsam mit den Anlagenherstellern entwickelt und auf deren Bedürfnisse abgestimmt.

Andreas Vath ist Entwicklungsingenieur für Erneuerbare Energien bei Rexroth, Hans Peter Janousch ist Projektingenieur im Anwendungszentrum Windenergie desselben Unternehmens.

Andreas Vath und Hans Peter Jano | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/antriebsundsteuerungstechnik/articles/176911/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Assistenzsysteme für die Blechumformung
28.07.2017 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie