Kehrt das Konzept des hoch übersetzenden leistungsverzweigten Triebstrangs mit kleinen schnelllaufenden Generatoren zurück? Zuletzt hatte es unter den marktrelevanten Windturbinenbauern das US-amerikanische Unternehmens Clipper Windpower vermarktet, das 2012 nach einem Konkurs aufgab. Der Vorstandssprecher des Aachener Entwicklungszentrums für Triebstränge von Windenergieanlagen, des Center for Wind Power Drives (CWD), Georg Jacobs, deutet nun eine Rückkehr der Technologie als hochmodulares Konzept an. Erste Gespräche mit chinesischen Industrievertretern belegten das Branchen-Interesse.
Jacobs bezeichnet das bis 2016 vom CWD im Forschungsprojekt Rapid Wind durchgerechnete Konzept als Distributed Ultra-High-Speed geared Drivetrain. Um Masse zu sparen und wesentlich weniger auf weltmarktabhängige teure Rohstoffe wie Kupfer und seltene Erden angewiesen zu sein, soll die erste Getriebestufe als Bullgear die Leistung auf mehrere Triebstränge aufteilen. Ihre sehr hoch übersetzenden Getriebe treiben schnell drehende Generatoren im Nennleistungsbereich von bis zu zwei Megawatt (MW) an. Das Bullgear wäre das Führungszahnrad, das die ringsum verankerten Getriebe antreibt.
Nun sieht Jacobs die Vorteile der hochschnellen leistungsverzweigten Variante in ihrer Modularität: Die Kosten für den gesamten Triebstrang sinken durch die Kostensenkung bei den Generatoren. Eine sehr geringe Vielfalt von Generatoren und Getrieben erlaubt weitere Kosteneinsparungen durch die Standardisierung. Beispielsweise ließen sich mit drei unterschiedlichen Bullgear- und Generatorgrößen alle Anlagengrößen zwischen 3 und 20 MW realisieren. Ein Abschalten einzelner Triebstränge bei Schwachwind könnte bessere Wirkungsgrade erzielen. Schäden führen nicht zum Stillstand der Windenergieanlage, weil einzelne Triebstränge abgekuppelt werden können. Zu Anlagenstillständen kommt es nur bei unwahrscheinlichen Schäden am Bullgear. Und es würde Gewicht und insbesondere Kupfer und seltene Erden sparen. Diese für leistungsstarke Magneten wichtigen Materialien erhöhen das Drehmoment, um die für heutige Generatoren benötigte hohe Leistung bei großer Leistungsdichte zu erreichen. Ein Hochgeschwindigkeitsantrieb würde seine Leistung mit der hohen Drehzahl von bis zu 5.000 pro Minute sichern. Es wäre das fast Dreieinhalbfache der klassischen Windturbinengetriebe und ein bis zu Dutzendfaches der mittelschnellen Antriebe.
Das Konzept sei in Zusammenarbeit mit Kollegen aus dem Elektrotechnikbereich entstanden, sagt Jacobs. Es folge dem Prinzip hochschnell rotierender Motoren in Elektroautos. Als Herausforderung gilt hier der Synchronbetrieb: die Lasten auf die Teilgetriebe gleichmäßig zu verteilen und Stromeinspeisung sauber zu takten. Doch die Steuerungselektronik, stark fortentwickelt seit der Rapid-Wind-Forschung, dürfte dies nun gut bewältigen, sagt Jacobs. (tw)
