In heutigen WEA sind Getriebe kein Schwachpunkt mehr
Mehr Flexibilität durch Getriebe
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
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, kurz gesagt: »Es entkoppelt die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblätter von der des Generators«, sagt Philipp. »Durch eine bestimmte Getriebeübersetzung lässt sich nämlich die Rotorgeschwindigkeit in die gewünschte Generatorgeschwindigkeit umwandeln - mit entsprechender Rückwirkung auf das Generatordrehmoment. Der Generator kann dann etwas kleiner und damit kostengünstiger ausfallen.« Konkret werden mit Hilfe des Getriebes geringe Rotationsgeschwindigkeit und großes Drehmoment der Rotorblätter in hohe Rotationsgeschwindigkeit und kleines Drehmoment für die Welle des Generators übersetzt. Entsprechend »spürt« der Rotorstern den Widerstand des Generators bei der Energieerzeugung, der durch die Getriebeübersetzung verstärkt zurückwirkt. 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 neunziger Jahren die Getriebe vieler WEA ausgetauscht werden«, betont Philipp. »Damals hatten die WEA-Hersteller noch nicht das umfassende Wissen von heute über die speziellen Lastmomente und Lastfälle, die in den Anlagen auftreten können. Aus diesen Problemen haben die WEA-Hersteller aber gelernt: Sie erkannten, dass Standardgetriebe für WEA ungeeignet und spezielle Getriebe nötig sind, die besondere Lastfälle berücksichtigen.«
Laut einer Studie zur Ausfallwahrscheinlichkeit bestimmter WEA-Komponenten werden am häufigsten die Elektrik und der Umrichter defekt, gefolgt vom Rotorblatt- und vom Gondelverstellsystem. Das Getriebe landet auf Platz fünf. »REpower Systems verbaut daher ausschließlich Antriebsstränge mit speziell für das Unternehmen entwickelten Planeten-Stirnrad-Getrieben und doppelt gespeisten Asynchron-Generatoren«, hebt Philipp hervor. »Die eigene Ausfallstatistik gibt uns Recht: Nach acht Jahren Produktionszeit der WEA MM82 liefen noch 96 Prozent der Anlagen mit dem ersten Getriebe, nach sechs Jahren Produktionszeit der MM92 waren es noch 97 Prozent. Hinzu kommt, dass unsere WEA servicefreundlich konstruiert sind: An den relevanten Stellen ist genügend Platz vorhanden, um die nötigen Wartungsarbeiten zu erleichtern.«
Die WEA-Getriebe sind laut Philipp mittlerweile so zuverlässig, dass nicht nur die Onshore-, sondern auch die Offshore-WEA von REpower auf dem Getriebekonzept beruhen. »Das Problem liegt offshore darin, dass die Getriebe gegen Salzwasser geschützt sein müssen«, legt er dar. »Bei der Elektrik ist das aber auch der Fall und schwieriger zu bewerkstelligen. Dass bei WEA mit Getriebe, ob onshore oder offshore, eine Komponente mehr zu warten ist, stimmt zwar. Aber auch für das Getriebe ist vorbeugendes Condition Monitoring möglich, und zwar mittels Partikelzählern, die feststellen, wie viele Metallpartikel als Abrieb ins Öl gelangt sind, sowie mittels Endoskopie und Vibrationssensoren.« Der Zustand des Getriebes lasse sich also laufend ganzheitlich untersuchen.
Antriebssysteme, die Getriebe und Generator »aus einem Guss« umfassen, hält REpower nicht für sinnvoll, weil ein solches Konzept die Wartung erschwere: »Wenn die eine Komponente auszutauschen ist, muss auch die andere ausgetauscht werden, da die Modularität nicht ausreicht«, sagt Philipp. »REpower verwendet daher generell voneinander getrennte Getriebe und Generatoren.«
Darüber hinaus setzt REpower auf ein Generatorkonzept mit Teilumrichter, das Philipp zufolge deutlich effizienter ist als eines mit Vollumrichter. »Durch den Teilumrichter gehen nämlich nur etwa 20 Prozent der erzeugten elektrischen Leistung«, führt er aus. »Der Rest wird direkt ins Netz eingespeist, was die Verluste im elektrischen Teil erheblich reduziert. Für ein getriebeloses Generatorkonzept spricht somit auch, dass es mit einem Teilumrichter auskommt, während ein getriebeloses Konzept einen Vollumrichter voraussetzt.«
- Mehr Flexibilität durch Getriebe
- Getriebe oder getriebelos?
