Konzepte mit Synchrongenerator (permanent- und fremderregt)

Konzepte mit Synchrongenerator (permanent- und fremderregt)

Um die Probleme des dänischen Konzepts zu vermeiden bezeihungsweise zu lösen ist 1993 ein neues Konzept entwickelt worden: Eine drehzahlvariable Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator und indirekter Netzeinspeisung. Diese Entwicklung wurde Dank der parallelen Entwicklung der Leistungselektronik in den 1980er und 1990er Jahren möglich.

Dieses Konzept hat vier Hauptmerkmale:

  • Eine variable Rotordrehzahl: die Rotordrehzahl kann sich an jede Windgeschwindigkeit anpassen und damit eine optimale aerodynamische Leistung erzeugen.
  • Die Leistungsregelung wird durch die Blattwinkelverstellung (Pitch- Regelung) realisiert: Lasten auf die Blätter sowie Schallemissionen werden im Vergleich zur Stall-Regelung vermindert.
  • Ein Synchrongenerator wandelt die mechanische Energie zu elektrischer Energie um.
  • Ein Umrichter  passt die volle Generatorleistung an die gewünschte Spannung und Frequenz an. Weil der Generator nicht mit einer bestimmten Drehzahl arbeitet, produziert er Elektrizität mit variabler Frequenz. Diese kann nicht direkt ins Netz eingespeist werden und muss durch den Umrichter an die Netzfrequenz angepasst werden.

Dieses Konzept unterteilt sich in zwei „Unter-Konzepte“:

Das klassische Konzept verwendet  ein Getriebe  zwischen Rotor und Synchrongenerator. Der Generator dreht sich sehr schnell (circa 500 bis 1800 Umdrehung pro Minute) und kann relativ klein sein. Die Verwendung eines Getriebes ist jedoch nicht problemlos: Dieses stellt zehn bis 25 Prozent der Kosten einer Windenergieanlage, produziert Verluste und Wärme, nutzt sich ab, benötigt Wartung, Ölwechsel und Reparaturen.

 

 

 

Eine andere Möglichkeit ist das getriebelose Konzept. Bei diesem ist der Synchrongenerator (ein Ringgenerator) direkt an die Nabe gekoppelt und dreht sich langsam mit der  Rotordrehzahl (6 U/min bis 40 U/min). Dieses Konzept ist sehr kompakt mit weniger Bauteilen und kaum Mechanik.

Nachteil ist hauptsächlich der Ringgenerator, der viel teurer, größer und schwerer als ein klassischer Synchrongenerator ist. Dieser Gewichtunterschied vergrößert sich mit der Leistungsklasse. Für große Windkraftanlagen ist die gesamte Gondel viel größer und schwerer, trotz der geringeren Anzahl an Bauteilen.

Permanent- und fremderregter Synchrongenerator

Der Synchrongenerator kann als permanent- oder fremderregte Version ausgeführt werden. Beim permanent erregten Synchrongenerator werden für die Erzeugung des Läufer-Magnetfeldes Dauermagneten eingesetzt. Es wird kein zusätzlicher Gleichstrom für den Betrieb benötigt. Jedoch kann somit auch keine Beeinflussung der Ausgangsleistung und Blindleistung vorgenommen werden. Der fremderregte Synchrongenerator benötigt Gleichstrom zur Erzeugung des Läufer-Magnetfeldes. Die Ausgangsleistung und Blindleistung kann über die Fremderregung gesteuert werden. Es werden Schleifringe benötigt um den Gleichstrom dem Läufer zuzuführen. Sie erhöhen den Wartungsaufwand des Generators.



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Quelle: www.wind-energie.de/infocenter/technik/anlagenkonzepte/konzepte-mit-synchrongenerator-permanent-und-fremderregt