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Forscher entwickeln Ringgenerator für Windenergieanlagen

Wissenschaftler der Universität Kassel und des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik entwickeln einen magnetisch gelagerten Ringgenerator für Windenergieanlagen. Der Generator soll robuster, wartungsfreundlicher und effizienter als die momentan verwendeten Generatoren sein, berichtet die Universität, eine Modellanlage sei bereits Planung.

Die Kasseler Forscher haben eine neue Generator-Architektur entwickelt, berichtet die Universität. Er werde nicht mehr in der Gondel der Windkraftanlage platziert, sondern in einem Ring mit 20 bis 24 Meter Durchmesser, der durch Streben mit der Gondel verbunden sei. "Mit dem Gewicht des elektromagnetisch aktiven Teils des Generators wollen wir bei einer Zehn-Megawatt-Anlage unter 20 Tonnen bleiben", erklärt Professor Dr.-Ing. Siegfried Heier vom Fachbereich Elektrotechnik/Informatik der Universität Kassel. Er ist Leiter des vom Bundesumweltministerium (BMU) mit insgesamt 550.000 Euro geförderten und vom Forschungszentrum Jülich getragenen Forschungsprojekts Magnet Ring. "Hinzu kommen dann noch die Tragkonstruktionen des Generators."

Die Kasseler Wissenschaftler beabsichtigen, die im Generator auftretenden gewaltigen Kräfte mit Magnetfeldern bändigen, berichtet die Hochschule. So werde das Gewicht für die sonst nötigen Verankerungen der Komponenten stark reduziert.

Das Prinzip des Ringgenerators ist zum Teil an die Antriebstechnik des in Kassel entwickelten Transrapid angelehnt, erläutert die Universität. Diese Schwebebahn verfüge an ihrer Unterseite über Permanentmagnete. Sie bewege sich mittels eines magnetischen Kraftfelds und elektrischem Strom kontaktlos über einen Fahrweg. Der in den Fahrweg integrierte Elektromotor wandele Strom in mechanische Energie, also Vortrieb. Die Forscher haben nun dieses Prinzip für ihren Generator umgekehrt, erläutert die Hochschule. Denn ein Generator funktioniere im Prinzip genauso wie ein Elektromotor, nur dass er kinetische Energie in Strom umwandele. Der neue Generator werde ebenfalls mit Permanentmagneten arbeiten. Er soll also im Gegensatz zu den üblicherweise in den Gondeln der Windkraftanlagen eingesetzten Elektromagneten keinen Strom benötigen, um arbeiten zu können. Der Generator soll aus ringförmig angeordneten Segmenten bestehen, die sowohl die Magnete als auch die Wicklungen, den so genannten Stator, enthalten, die den Strom transportieren. Die Segmente können später im Rahmen der Wartung einzeln ausgetauscht werden, heißt es. So müsse bei einem Fehler nicht der ganze Generator ausgebaut und überholt werden.

Im Labor des Fachgebiets analysiert derzeit Doktorandin Katharina Messoll anhand von Messungen, ob das theoretische Modell in der Praxis funktioniert, berichtet die Universität. Krämer Energietechnik aus Zierenberg hat für die Wissenschaftler Segmente des geplanten Generators gebaut. Die Magnete seien schräg angeordnet und die Zwischenräume mit geklebten Schichten aus lasergeschnittenen Blechen ausgefüllt. Diese Anordnung soll dafür sorgen, dass das Magnetfeld stark konzentriert wird und der Generator eine möglichst hohe Energiedichte aufweist, heißt es aus Kassel. Messoll beabsichtigt mit den Messungen die Machbarkeit des Generatorkonzepts nachzuweisen, die Energieverluste des Generators zu minimieren und seinen Wirkungsgrad zu erhöhen.

Um die Forschung zu vertiefen, wird die Laufzeit des 2009 gestarteten Projekts bis Ende März 2012 verlängert. "Danach wollen wir den nächsten Schritt gehen", sagt Heier. Das bedeute, dass eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 100 bis 200 Kilowatt gebaut werden soll. Zwar werde der Magnetringgenerator wegen der Permanentmagnete teurer als die heute üblichen Anlagen sein. "Doch diese Mehrkosten werden sich durch enorme Gewichteinsparungen und höhere Energieerträge in fünf bis sechs Jahren amortisieren", schätzt Heier.
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