Große Windenergieanlagen profitieren von neuer Getriebetechnik

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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% (Bild 2).
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 (Bild 3). 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 nieder. 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.

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