2019-06-26
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Voith Turbo Wind: Aufgrund knapper fossiler Brennstoffe und der CO2-Diskussion gewinnt die Windenergie an Bedeutung.

WinDrive: Hochdynamisches mechatronisches Antriebssystem für Megawatt-Windturbinen

Die Situation
Aufgrund knapper fossiler Brennstoffe und der CO2-Diskussion gewinnt die Windenergie an Bedeutung. Die technologische Herausforderung in den Multimegawatt-Klassen sind zuverlässige, effiziente Windturbinen, die alle Anforderungen der Netzeinspeisung nach Kraftwerkstandards erfüllen. Bestehende Konzepte bedienen sich der Umrichtertechnologie, meist gekoppelt mit mechanischen Getrieben, und können diese Anforderungen zur Netzeinspeisung nicht allumfassend erfüllen.

Die Innovation
Die Innovation WinDrive als hochdynamisches mechatronisches System ermöglicht es, erstmalig kraftwerkserprobte Technologien in Windturbinen einzusetzen. Somit können Windparks Stromqualitäten nach Kraftwerkstandards erzeugen. Mit der innovativen Technik sind keine Umrichtertechnologien, deren mittlere Ausfallabstände sich unter zwei Jahren belaufen, erforderlich. Bauteilspezifische Ausfallzeiten werden deutlich gesenkt. In diesem Zusammenhang ist die Leistungselektronik verantwortlich für ca. 50 % aller Ausfälle. Eine hohe Verfügbarkeit von Windparks sowie reduzierte Betriebs- und Wartungskosten im hohen zweistelligen Bereich sind das Ergebnis. Der WinDrive unterliegt unterproportionalen Wachstumsgesetzen, so dass bei Multimegawattanlagen deutliche Gewichtsreduzierungen in der Gondel und damit verbunden im Turm und Fundament realisierbar sind. Das hochdynamische mechatronische System WinDrive ist weltweit patentrechtlich geschützt: PCT WO 2004/088132.

Die Einzigartigkeit

Wachstumsmarkt erneuerbare Energien
Steigende Preise von Rohstoffen und eine Neuausrichtung der Energieerzeugung auf erneuerbare Energien verursachen einen höheren Technologiebedarf in den kommenden 20 Jahren. Die Einzigartigkeit der Innovation WinDrive hebt sich mit ihren Vorteilen deutlich vom gesamten Wettbewerb ab.

Überdurchschnittlicher Nutzen für die Zielgruppe
Der WinDive ist die erste und einzige Technologie, die kraftwerkserprobte Systemkomponenten zur Stromerzeugung in Windturbinen einsetzt und somit einen bedeutenden Beitrag für ein Hauptaufgabengebiet zukünftiger Entwicklungen erbringt die Netzstabilität.

Vorteile im Vergleich zu Alternativen auf dem Zielmarkt
Die konsequente Entwicklung eines hochdynamischen mechatronischen Systems erfordert keine Umrichtertechnologie in Windturbinen. Das führt zu einer deutlichen Reduzierung von Ausfällen und damit zur Erhöhung der Zuverlässigkeit.

Unterstützt Local-Content-Strategie für Windturbinen
Mit dem Einsatz des WinDrive kann die Local-Content-Strategie für Windturbinen weltweit erweitert werden. Umfasst diese Strategie heute nur Türme und Fundamente, so können Generatoren und Netzausrüstung der Windparks in Zukunft mit eingebunden werden.

Weltweit zu handhabende logistische Einheit
Das hochdynamische mechatronische System ist eine Einzelkomponente in der Größe 2 x 1,5 m. Es zeichnet sich durch klare und einfache Schnittstellen zum Antriebsstrang und zum Generator aus. Der Transport stellt keine logistische Herausforderung dar und die Montage lässt sich lokal auf einfachem Niveau durchführen.

Patentwürdig und Single-Source-Produkt
Die Voith Turbo Wind GmbH & Co. KG besitzt das einzigartige Knowhow für diese Innovation von hochdynamisch mechatronischen Systemen. Es wurden weltweit ein Basispatent und vier weitere Unterpatente eingereicht. Alle Patente haben Rechtsgültigkeit.

Die Vorteile

Hohe Netzeinspeisequalität
Durch den Einsatz von bewährten Synchrongeneratoren können verschiedene Anforderungen, wie z.B. Blindleistungsregelung oder Stabilisierung des Netzes bei Kurzschluss, problemlos erfüllt werden.

Hohe Zuverlässigkeit
Durch den Wegfall der Frequenzumrichter und Step-up-Transformatoren wird die Komplexität der Windturbine maßgeblich reduziert. Somit werden die Ausfallwahrscheinlichkeit sowie die Stillstandzeiten verringert und die Zuverlässigkeit steigt um mehr als 30%.

Ausgezeichneter Wirkungsgrad
Durch den drehzahlvariablen Betrieb kann der Windrotor mit verschiedenen Drehzahlen bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten im aerodynamischen Optimum betrieben werden. Synchrongeneratoren erlauben den Betrieb auf Mittelspannungsebene ohne zusätzliche Komponenten. Der Gesamtwirkungsgrad eines Windparks verbessert sich somit um über 1%.

Geringe Wartungsintensität
Durch den Verzicht auf die Umrichtertechnologie und Einsatz von schleifringlosen Synchrongeneratoren wird die Komplexität und Teilevielfalt der Windturbine auf der elektrischen Seite auf ein Viertel verringert. Der WinDrive ermöglicht Reaktionszeiten im Millisekundenbereich, wodurch eine signifikante Lastreduktion im Antriebsstrang bei dynamischen Lasten erzielt wird. Eine Erhöhung der Lebensdauer ist das Resultat der geringeren Belastung bei den leistungsführenden Baugruppen.

Moderate Anfangsinvestitionen
Mit dem Einsatz des WinDrive werden die maximalen Betriebslasten im Antriebsstrang verringert. Bei Großanlagen führt das zu Materialeinsparungen von bis zu 20% für Turm und Fundament (Stahl und Zement). Pro Windturbine sind das mehrere hundert Tonnen Gewicht, die eingespart werden können.

Breites Einsatzgebiet
Die WinDrive Technologie kann an unterschiedlichen Einsatzstandorten betrieben werden. Windturbinen sind bereits vom Komponentenansatz On- und Offshore tauglich. Ein Inselbetrieb ist ebenfalls möglich. Einsatzorte unterschiedlicher Höhenlagen (von mehr als 4000 Meter ü. NN) und Anbindung an schwache Energienetze stellen für den WinDrive kein Problem dar. Darüber hinaus kann der WinDrive auch in Wasserkraftwerken für drehzahlvariable Wasserturbinen zur Effizienzsteigerung eingesetzt werden. Ein Pilotprojekt wird im Jahre 2008 in Deutschland fertig gestellt.
Quelle:
Voith Turbo Wind GmbH & Co. KG
Autor:
Thomas Genz
Email:
thomas.genz@voith.com
Link:
www.voithturbo.de/...
Windenergie Wiki:
Windpark, Offshore, Megawatt, Gondel




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