Wetenschappers van de Universität Kassel en het Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energie-systemtechnik (IWES) ontwikkelen een magnetisch gelagerde generator voor windenergie installaties van de toekomst met nog hogere vermogens. De ringgenerator moet robuuster, onderhouds-vriendelijker en efficiënter zijn dan de generatoren van dit moment. De onderzoekers zijn voor hun onderzoek wel met beide voeten op de grond blijven staan: de ‘Transrapid’ zweef-trein heeft voor model gestaan.
De generator vormt het hart van een windmolen: deze zet de mechanische energie van de draaiende rotor om in elektrische energie. Maar de massa van de generator neemt sterk toe met het vermogen van de installatie. Genera-toren van 6 MW windmolens brengen 250 ton op de weegschaal, en er wordt al gesproken over vermogens van 10 MW.
Bij deze vermogens loopt conventionele techniek tegen zijn grenzen aan. Direct aangedreven generatoren van dergelijke installaties zouden tegen de 1000 ton wegen en een dergelijke machine past ook niet meer in de gondel van de windmolen. En er is nog geen kraan die deze massa op de gondel kan plaatsen.
Daarom hebben de onderzoekers een nieuwe architectuur voor de generator ontwikkeld. Hij wordt niet meer in de gondel van de windmolen geplaatst, maar in een ring met een diameter van 20 m tot 24 m, die met veerpoten aan de gondel wordt verbonden. Het elektromagnetisch actieve deel van de generator kan bij een 10 MW installatie onder de 20 ton blijven. Daar komt nog wel de draagconstructie van de generator bij.
De wetenschappers willen de in de generator optredende enorme krachten met magnetische velden onder controle houden. Het gewicht voor de benodigde verankeringen van de componenten wordt zodoende sterk gereduceerd.
Transrapid
Het principe van de ringgenerator komt gedeeltelijk overeen met het ook in Kassel ontwikkelde Transrapid systeem, dat pendelt tussen de Chinese metropool Shanghai en het vliegveld. Deze monorail heeft aan de onderzijde permanente magneten. Hij beweegt zich contactloos voort boven de rijbaan door middel van een magnetisch krachtveld en elektrische stroom. De in de rijbaan geïntegreerde elektromotor zet elektrische stroom om in mechanische energie, dus aandrijving. Dit principe hebben de onderzoekers voor een generator omgekeerd.
De nieuwe generator zal ook met permanente magneten worden uitgevoerd. Daarom heeft hij zelf geen elektrische stroom nodig om te kunnen werken, zoals conventionele generatoren met elektromagneten. Bovendien is de constructie compacter door de kleinere massa van de permanente magneten.
Opbouw
De generator zal bestaan uit ringvormig geplaatste segmenten, die zowel de magneten als de wikkelingen (de stator voor het opwekken en transporteren van de stroom) bevatten. Deze segmenten zouden later in het kader van onderhoud apart verwisseld kunnen worden. Hierdoor hoeft bij een defect niet de hele generator gedemonteerd en gereviseerd te worden. Bovendien zijn permanente magneten ten opzichte van elektromagneten minder gevoelig voor milieu-invloeden.
Momenteel wordt aan de hand van metingen geanalyseerd of het theoretische model in de praktijk functioneert. Krämer Energietechnik, dat in opdracht van ThyssenKrupp de reservedelen voor de magnetische monorail con-strueerde, heeft de segmenten voor de geplande generator gebouwd. De magneten zijn schuin opgesteld en de tussenruimtes zijn opgevuld met verlijmde plaatlagen, die met lasers uit metaalplaten zijn gesneden. Deze opstelling moet ervoor zorgen dat het magnetisch veld sterk geconcentreerd wordt en de generator een zo hoog mogelijke energiedichtheid krijgt.
Vervolgtraject
Het doel van de metingen is het bewijzen van de haalbaarheid van het gene-ratorconcept, het energieverlies van de generator minimaliseren en het ren-dement verhogen. Het lopende onderzoek loopt tot eind maart 2012. Daarna willen de onderzoekers de volgende stap zetten: een demo-installatie met een vermogen van 100 kW à 200 kW.
De magneetringgenerator zal door de kostbare permanente magneten wel duurder in aanschaf zijn dan de conventionele installatie. Deze meerkosten zullen door de gewichtsbesparing en de hogere energie afgifte in vijf tot zes jaren worden terugverdiend, schatten de onderzoekers.