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Windenergie
■ In heutigen WEA sind Getriebe kein Schwachpunkt mehr
Mehr Flexibilität durch Getriebe
Mit oder ohne Getriebe – die beiden Antriebsstrang-Bauarten kommen seit Jahren
in vielen Windenergieanlagen (WEA) zum Einsatz. Der WEA-Hersteller REpower
Systems, eine Tochter der Suzlon-Gruppe, setzt sowohl für Onshore- als auch für
Offshore-WEA auf Antriebsstränge mit Getriebe.
»Bei der Beantwortung der Frage, ob in
WEA ein getriebeloser oder ein getriebebehafteter
Generator mehr Vorteile hat, ist es
nicht sinnvoll, nur die Einzelkomponenten
des Antriebsstrangs zu betrachten«, erläutert
Stefan Philipp, Head of Product Management
von REpower Systems. »Weil es
ja gerade der Antriebsstrang ist, der Windenergie
in elektrische Energie umwandelt,
ist es vielmehr notwendig, das Gesamtsystem
zu analysieren.«
WEA-Betreiber fordern von ihren Anlagen
einerseits maximale Effizienz und Zuverlässigkeit
und andererseits minimale Lebenszyklus-
und Anschlusskosten. Zudem
sollen die Anlagen ihre Umgebung möglichst
wenig beeinflussen. Das Hauptproblem
sind hier Schallemissionen, die von
der Rotordrehung herrühren. Entscheidend
für die tatsächliche Geräuschentwicklung
ist die Geschwindigkeit, mit der sich die
Rotorblattspitzen bewegen. Ausgerechnet
bei WEA für windschwache Onshore-
Standorte bringt dies jedoch ein Problem
mit sich: »Der Rotordurchmesser muss
möglichst groß sein, um eine entsprechende
Energieausbeute zu bekommen«,
erläutert Philipp. »Lange Rotorblätter aber
führen zu einer höheren Blattspitzengeschwindigkeit
und damit zu mehr Windgeräuschen.
Um die Schallemission konstant
zu halten, müssten sich längere Rotorblätter
entsprechend langsamer drehen.«
Hier kommt der Generator ins Spiel: »Seine
Drehgeschwindigkeit und sein Drehmoment
sind ebenfalls wichtige Faktoren,
wenn es darum geht, maximale Energieausbeute
bei minimaler Geräuschentwicklung
zu erlangen«, führt Philipp aus. »Und
wenn es darum geht, das bestmögliche Verhältnis
zwischen Durchmesser und Drehgeschwindigkeit
des Rotors einerseits und
Drehmoment und Drehgeschwindigkeit
des Generators andererseits zu erreichen,
stellt sich die Frage, ob der Generator getriebebehaftet
oder getriebelos sein soll.«
Getriebe oder getriebelos?
Ein Direktantrieb erfordert einen relativ
großen Generator, um das Generatordrehmoment
hoch zu halten; die Generatorgeschwindigkeit
ist dann entsprechend niedrig.
Bei Schwachwind-WEA mit großem
Rotordurchmesser und geringer Rotorgeschwindigkeit
ist die Generatorgeschwindigkeit
ebenfalls niedriger und das Generatordrehmoment
höher. »Je größer aber der
Generator ist, desto teurer wird er, weil er
dann mehr teure Materialien wie Kupfer,
Eisen oder seltene Erden erfordert«, gibt
Philipp zu bedenken. Ein Getriebe ermöglicht
es, das Verhältnis von Rotor- und Generatorgeschwindigkeit
und damit auch
das Generatordrehmoment zu beeinflussen:
»Es entkoppelt die Rotationsgeschwindigkeit
der Rotorblätter von der des Generators«,
sagt Philipp. Mit Hilfe des Getriebes
werden geringe Rotationsgeschwindigkeit
und großes Drehmoment der Rotorblätter
in hohe Rotationsgeschwindigkeit und
kleines Drehmoment für die Welle des Generators
übersetzt. Weil Getriebe das Verhältnis
von Rotor- und Generatorgeschwindigkeit
flexibel machen, ermöglichen sie
leisere WEA mit kompakteren Gondeln.
Wie störanfällig ist das Getriebe?
Das Getriebe ist in der WEA eine zusätzliche
Komponente, die auch kaputtgehen
kann. »Tatsächlich mussten in den späten
Der Antriebsstrang einer Onshore-WEA des Typs »3.4M104« von REpower Systems
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Energie & Technik 6/2012