Individuell ausgelegter Generator verbessert Wirkungsbilanz nachhaltig

Anbieter zum Thema

ACE Stoßdämpfer GmbH

Weiss Technik GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

Johannes Hübner - Fabrik elektrischer Maschinen GmbH

Wassenberg Public Relations für Industrie & Technologie GmbH

Dem Sicherheitskonzept angepasst

Weiterhin passte Johannes Hübner Giessen den Generator für das Sicherheitskonzept der Wespe an. Laut Vorgaben des TÜV müssen zwei voneinander unabhängige Bremssysteme in einer Kleinwindkraftanlage vorhanden sein. Entscheidend war, dass eine Kurzschlussbremsung, also ein Stopp durch Kurzschließen der drei Phasen am Generator, möglich ist. Es geht darum, ein maximales Moment als Gegenmoment für den Wind zur Abbremsung der Turbine zu erreichen. Eine Widerstandsbremsung erfolgt dann, wenn der Generator so stark belastet wird und das Gegenmoment so groß wird, dass es die Windkraft nicht mehr schafft, das Windrad zu drehen. „Wenn die Elektronik in der Gondel ausfällt, dann funktioniert die Steuerung nicht mehr. Dann muss es die Möglichkeit geben, den Generator manuell abzubremsen, indem man die Klemmen des Generators kurzschließt“, so Prof. Ewald Ohl.

Bei der zweiten Komponente des Sicherheitssystems handelt es sich um ein Passiv-Pitch-System. Dieses bewirkt, dass sich die Windblätter bei Überdrehzahl aus dem Wind drehen.

Ein weiterer Aspekt der für die Wespe spezifischen Konfigurierung betrifft das Anlaufverhalten. Johannes Hübner Giessen konstruierte den Generator-Läufer so, dass das Anlaufmoment möglichst gering ausfällt. Auf diese Weise läuft die Windkraftanlage möglichst leicht und ohne störende ruckartige Bewegungen an. Das Rastmoment steht in direktem Zusammenhang mit Anlagenschwingungen, die sich verstärkt negativ auswirken, wenn das generatorseitige Rastmoment zu groß ausgeführt ist. Unerwünschte Schwingungen können einerseits zu Geräuschentwicklung führen und andererseits Schäden an den Bauteilen des Generators verursachen. „Das Anlaufverhalten ist ein Zusammenspiel aus der Einstellung der Rotorblätter und der dagegen stehenden Auslegung der Einzelkomponenten im Zusammenspiel als Triebstrang“, ergänzt Ludolf Ibs. Das Rast- bzw. Anlaufmoment wird maßgeblich durch die Ausführung des Generators bestimmt. Hinzu kommt der Widerstand des Getriebes durch Reibung und Walgverluste der Ölfüllung.

Lange Lebensdauer dank Robustheit

Windkraftanlagen sind jeder Witterung ausgesetzt und müssen einen sicheren Betrieb auch bei wechselnden Windverhältnissen bzw. Windstärken gewährleisten. Die Generatoren von Johannes Hübner Giessen sind in ihrer Ausführung als Graugussgehäuse sehr robust. Am Beispiel der Kurzschlussbremsung wird der Vorteil deutlich: Das Graugussgehäuse des Generators ist widerstandsfähiger als üblicherweise verwendete Gehäuse aus Aluminium. Beim Kurzschließen des Generators tritt eine große Menge überschüssige Energie auf. „Das Graugussgehäuse kann die Energie aufnehmen. Damit kann man den Generator zuverlässig abbremsen“, erläutert Prof. Ewald Ohl.

Das Graugussgehäuse ist zudem mechanisch robuster. Es verfügt über eine seewasserbeständige Lackierung, um durch salzhaltige Luft entstehende Korrosionsschäden zu vermeiden. Mit der Schutzart IP55 wird bestätigt, dass der Generator vor dem Eindringen von Fremdkörpern und Strahlwasser geschützt ist. Grundsätzlich verfügen alle Hübner-Generatoren über eine besondere mechanische Stabilität. Prof. Ewald Ohl erklärt: „Unsere Generatoren sind passend zur Anwendung dimensioniert.“ Die robuste Bauweise zeigt sich an den verstärkten Wellen und verstärkten Lagerschilden. Das ist von Vorteil, da die Belastung von Windkraftanlagen sehr unterschiedlich ist. Beispielsweise können bei starken Böen Querkräfte in der Windkraftanlage auftreten, die durch die verstärkten Sonderlagerschilde und verstärkte Lagerung abgefangen werden.

Effekt der individuellen Anpassung

Für eine große Energieausbeute ist es entscheidend, dass die Energie bei möglichst vielen Windgeschwindigkeiten genutzt werden kann. Dieses Ziel wurde durch die technischen Eigenschaften der Anlage wie die aerodynamische Verkleidung, durch das optimierte Rotorkonzept mit vier Flügeln sowie durch die individuelle Anpassung des Generators erreicht. Im Gegensatz zu einem Asynchrongenerator kann der permanenterregte Synchrongenerator einen großen Windgeschwindigkeitsbereich nutzen und sichert über eine lange Betriebszeit einen hohen Wirkungsgrad. So lässt sich in Verbindung mit dem drehzahlvariablen Betrieb eine hohe Leistungsdichte für alle Windgeschwindigkeiten erreichen. Damit die Anlage reibungslos und effizient arbeitet, müssen alle Komponenten zu 100 % ineinandergreifen.

Die Zusammenarbeit von Johannes Hübner Giessen mit WES Energy ging über die individuelle Adaption des Generators hinaus. Nach Serienreife der Kleinwindkraftanlage Wespe integrierte Johannes Hübner Giessen diese als eine der Komponenten ihres Energy Containers – ein hybrides Energie-Konzept für die mobile Stromversorgung, bestehend aus der beschriebenen Windturbine, einer Solaranlage und einem Dieselgenerator. Der Energy Container ist ein völlig autarkes System, das Energie fernab vom Stromnetz erzeugen kann wie etwa bei Hilfseinsätzen im Katastrophenfall und bei der Versorgung von entlegenen Baustellen oder Pipeline-Stationen.

Sowohl der Energy Container als auch die Wespe leisten demnach einen wichtigen Beitrag für die autarke Energieversorgung – der Energy Container vorwiegend für die Stromversorgung an entlegenen Orten und in unwegsamem Gelände, die Wespe unterstützt Privathaushalte, Gemeinden, Unternehmen oder landwirtschaftliche Betriebe dabei, in Zukunft unabhängiger von den Stromanbietern autark Energie mit großer Ausbeute zu erzeugen. (jv)

(ID:43025403)