Getriebelose Generatoren für Windkraftanlagen

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Dies habe zur Folge, dass das wachsende Antriebsmoment mit zunehmender Nennleistung einer Windkraftanlage die Problematik der Dauerfestigkeit der Zahnräder in den Getrieben verschärfe. Die aus Windböen resultierenden Drehmomentüberhöhungen, die nach Aussage von Götschmann bis zum Zweifachen des Nennantriebsmoments betragen, können bereits bei kleinen Windrädern zu deutlichen Reduzierungen der Lebensdauer der Getriebezahnräder führen. Dies sei die Hauptmotivation, nach einem Direktantrieb ohne Getriebe zu streben.

Getriebeloser Windkraft-Antrieb erspart Getriebeöl und Zusatzeinrichtungen

„Ein weiterer Vorteil des getriebelosen Direktantriebs ist, dass das Getriebeöl und die Zusatzeinrichtungen wie Ölkühler, Ölpumpe, Öltemperaturüberwachung, Ölstandsüberwachung, Ölverrohrung und Ölauffangwanne nicht mehr benötigt werden“, erläutert Götschmann. Nicht mehr auftreten können auch Energieverluste, die eine Drehmomentwandlung im Getriebe mit sich bringt.

Ob jedoch der Direktantrieb tatsächlich Windenergie effizienter konvertiert, könne nicht eindeutig vorhergesagt werden. Der Grund dafür sei, dass Elektromaschinen mit kleinerer Drehzahl tendenziell niedrigere Wirkungsgrade aufweisen. Ein genauer Vergleich der Kennwerte realisierter Anlagen wäre hier für eine Beurteilung erforderlich.

Überproportional wachsende Antriebsmomente erfordern größere Luftspaltmomente

Neben den Windkraftanlagen mit Getriebe hat nach Aussage von Götschman ein Hersteller von Anfang an konsequent Direktantriebe in großer Stückzahl küstenfern realisiert. Die Windkraftanlagen-Größe blieb dabei begrenzt auf 2 MW.

„Diese Windräder sind wegen des großen Gondeldurchmessers leicht von Anlagen mit Getrieben zu unterscheiden. Hintergrund ist, dass mit größer werdendem Luftspaltdurchmesser auch das Gegenmoment des Generators vergrößert wird“, so Götschmann.

Die überproportional wachsenden Antriebsmomente erfordern größere Luftspaltdurchmesser in klassischen Generatoren. Da das Generatorgewicht etwa quadratisch mit dem Generatordurchmesser ansteigt, gerät man mit Lösungen nach dem Stand der Technik bei den Leistungsgrößen ab 6 MW an die Grenze des technisch Machbaren bei Kran- und Turmtraglasten.

Magnete aus Neodym-Eisen-Bor erzeugen starkes Feld an den Rotorpolen

Um im Luftspalt eine möglichst große Tangentialkraftdichte zu erzeugen, muss an möglichst vielen Rotorpolen ein möglichst starkes Magnetfeld vorhanden sein. Dafür werden Magnete aus Neodym-Eisen-Bor mit einer Remanenz verwendet, die auch bei hohen Temperaturen noch oberhalb von 1,2 T liegt. Das Magnetfeld dieser bereits sehr starken Magnete wird noch weiter durch Flusskonzentration in Sammleranordnung verstärkt.

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