Weniger Wind bläst mehr Energieertrag

Energieeffizienz

Vetacon – Im Zusammenspiel permanenterregter Synchrongeneratoren mit Vollumrichtern liegt die Zukunft der Windkraft. Ein neues System verspricht mehr Energieertrag gerade bei Teillast.

15. Oktober 2010

Der Einladung nach Dresden am 1. September waren gut zwei Dutzend Vertreter namhafter Hersteller von Windkraftanlagen gefolgt. Am Ufer der Elbe haben sie viel über den Wind gesprochen, denn der Grund für das Meeting hieß: Gemeinsam mit dem Umrichterhersteller Woodward hat VEM Sachsenwerk ein innovatives Konzept entwickelt, das jetzt den Namen Vetacon trägt. Hauptkennzeichen ist die Kombination aus einem permanenterregten Synchrongenerator und einem leistungsstarken Vollumrichter. »Damit lässt sich die Effizienz von Windkraftanlagen deutlich verbessern«, freut man sich sehr bei VEM Sachsenwerk.

Beim Systemtest im Großmaschinenprüffeld des hierzulande zweitgrößten Elektromaschinenbauers haben die Fachleute aus Deutschland, Dänemark, Spanien und Korea einen Eindruck von der Leistungsfähigkeit des Neuprodukts erhalten. Dessen Stärke liege, so die Aussage des sächsischen Herstellers vor allem im Teillastbereich. Der 1903 in Dresden-Niedersedlitz gegründete Traditionsbetrieb erklärt dazu: »Im Teillastbetrieb liefert Vetacon mehr Strom als andere Anlagen.« Da dieser Betriebszustand bei Windkraftanlagen am häufigsten vorkommt, sollte die neue Lösung zu einem erheblich verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Generatorsystemen führen.

Ein Typ mit Zukunft

Eigens für das Projekt wurde ein neuer schnell laufender permanenterregter Synchrongenerator entwickelt. Dieser Generatortyp gilt als Zukunftstechnologie bei der Windstromerzeugung. »Die dauermagneterregte Synchronmaschine ermöglicht auch bei geringer Windstärke maximale Erträge«, erläutert Gerhard Freymuth, Geschäftsführer von VEM Sachsenwerk. »Außerdem ist die Konstruktion äußerst robust und wartungsarm, bietet also beste Voraussetzungen für eine hohe Verfügbarkeit.« Ein Grund dafür ist, dass die Permanentmagnet-Technik ohne elektrische Erregung auskommt. Damit entfallen wartungsintensive und störanfällige Verschleißteile wie Schleifringe und Bürstensysteme. Obendrein gibt es keine Staubentwicklung durch Bürstenabrieb. Und die Technologie weist gegenüber der elektrisch erregten Maschine noch weitere Vorteile auf: Sie deckt einen höheren Drehzahlbereich ab, hat ein geringeres Bauvolumen und es entstehen im Rotor keine Erregerverluste. Möglich wird der wirtschaftliche Einsatz dieses Generatortyps durch Fortschritte in der Werkstofftechnik. Für die Herstellung werden Magnetmaterialien in einer absolut homogenen Qualität benötigt, wie sie erst seit Kurzem produzierbar sind. Anstelle der elektrischen Erregereinheit ist der Rotor mit hochwertigen Dauermagneten aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) bestückt. Beim neuen Generator für das Vetacon-System sind diese Magnete mit einem speziellen Korrosionsschutz versehen. Das sorgt für dauerhafte Betriebssicherheit und die Einhaltung der Maschinenparameter.

Den maßgeschneiderten Vollumrichter für Vetacon liefert Umrichterspezialist Woodward aus Kempen. Er sorgt für ein sauberes Anfahren und Synchronisieren ans Stromnetz und entkoppelt die Anlage komplett vom Netz. Alle Komponenten sind wassergekühlt. Das System wurde so optimiert, dass Momentenstöße auf den Antriebsstrang bei Spannungseinbrüchen auf dem Netz verhindert werden. In diesen Fällen vermeidet die intelligente und abgestimmte Umrichtertechnik von Woodward die mechanische Belastung auf den Triebstrang. Die aktive Triebstrangdämpfung schont Getriebe, Kupplung und Lagerstellen in Getriebe und Generator. Zudem erfüllt der Vollumrichter die von verschiedenen Netzbetreibern geforderten Netzrichtlinien bei Spannungseinbrüchen. In enger Kooperation haben VEM Sachsenwerk und Woodward Generator und Umrichter exakt aufeinander abgestimmt. Durch das optimierte Design war es möglich, den hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent zu erreichen und gleichzeitig den komplexen Anforderungen von Anlagen und Netzbetreibern gerecht zu werden. Mit der nun präsentierten Systemlösung lässt sich Energie in Kraftwerksqualität erzeugen. Das neue System erfüllt nicht nur die Anforderungen des EEG 2009 und der neuen Systemdienstleistungsverordnung (SDLWindV), sondern auch alle aktuellen internationalen Netzanschlussbedingungen. Vetacon ist in vorhandene Gondeln einbaubar, da einerseits modular aufgebaut und weil zum zweiten der Synchrongenerator in seiner Bauform kompatibel zu den bisherigen doppelt gespeisten Asynchronmaschinen ist. Eine Neukonstruktion oder größere Umbauten sind nicht erforderlich. Damit bietet es sich für das Repowering ebenso an wie für neue On- oder Offshore-Anlagen. Der hohe Wirkungsgrad und der zuverlässige Betrieb zahlen sich hier wie dort aus.

Chancen im Wind

Schon heute ist der allgemeine Trend hin zu dauermagneterregten Maschinen auch in der Windindustrie festzustellen. Branchenstudien sehen permanenterregte Synchrongeneratoren mit Vollumrichter als Antriebssystem der Zukunft, das sich immer stär-ker durchsetzen und bald einen größeren Anteil an der neu installierten Windkraftleistung abdecken wird. »Diese Entwicklung wollen wir mitbestimmen«, erklärt Gerhard Freymuth. »Deshalb stellen wir uns immer wieder der Forderung nach innovativen Lösungen in der Antriebstechnik.« Der neue Generatortyp und der Vollumrichter wurden zunächst für eine Leistung von 2,5 bis 4 Megawatt entwickelt. Der weitere Entwicklungstrend richtet sich nach den Anforderungen der Kunden. Mit dem Konzept für schnell laufende permanenterregte Synchrongeneratoren ergänzt das Dresdner Traditionsunternehmen die Reihe der doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren, deren Leistungsgrößen zwischen 1,5 und beachtlichen 6,5 Megawatt für den Offshore-Bereich liegen. Weltweit sind etwa 5.000 Maschinen im Einsatz. Auf der diesjährigen Messe Husum WindEnergy haben VEM und Woodward ihre Neuentwicklung erstmals einem breiten Fachpublikum präsentiert.

VEM/mm

Fakten

- Die VEM-Gruppe ist ein innovativer, zukunfts- und kundenorientierter Unternehmensverbund, der weltweit agiert.

- Als konzernunabhängiger Anbieter, an zweiter Position unter den deutschen Elektromaschinenherstellern , ist VEM Full-Liner für Drehfeldmaschinen der Branchen Maschinenbau, Anlagenbau, Chemie-, Öl-, Gasindustrie, Energie- und Umwelttechnik, Windkraftanlagenbau, Verkehrstechnik, Stahl- und Walzwerksindustrie und Schiffbau.

Erschienen in Ausgabe: Sonderheft Green/2010