Höher, schlanker, stärker

Supraleitende Generatoren, Winddrachen, Carbonflügel: So lässt sich die Effizienz von Windkraftanlagen steigern.

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Höher, schlanker, stärker

Der Lenkdrachen von SkySails erzeugt Strom, indem er kontrolliert auf und ab fliegt und dadurch einen Generator am Boden zum Laufen bringt.

(Bild: Foto: SkySails/ Skypower)

Lesezeit: 2 Min.
Von
  • Uta Deffke

Größere Anlagen: Je höher, desto Megawatt

Zwölf Megawatt. So lautet die Ansage von GE für die neue Generation von Offshore-Windrädern, die der US-amerikanische Elektrokonzern bis 2021 unter dem Namen Haliade-X auf den Markt bringen will. Das wäre die leistungsstärkste Windkraftanlage der Welt. Mit ihren 260 Metern Höhe bei 107 Me-ter langen Rotorblättern und durchschnittlichem Nordseewind soll sie bis zu 67 Gigawattstunden Strom pro Jahr liefern. Man könne durchaus von einem Trend zu immer größeren Anlagen sprechen, sowohl offshore wie onshore, sagt Jan Wenske, Direktor am Fraunhofer IWES. Größer bauen heißt insbesondere, die Rotorblätter länger zu machen und im Binnenland die möglichen Höhen von 220 Metern auszureizen, die das Luftfahrtrecht vorgibt.

Ein größerer Rotor hat zwei Effekte: Zum einen steigert er für gewöhnlich die Leistung. 20-Megawatt-Anlagen sind bereits in der Erforschung. Zum anderen laufen die Mühlen schon bei leichten Windstärken. Das Größenwachstum ist allerdings teuer, weil die gesamte Konstruktion immense Kräfte aushalten und damit immer stabiler werden muss. Damit es in einem sinnvollen Verhältnis zum Ertrag steht, gilt es, erheblich an Gewicht zu sparen, um Materialkosten und Aufwand beim Errichten niedrig zu halten.

Der Ansatz für Leichtbau bei den Flügeln: Statt glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) könnten die leichteren und belastbareren Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK) genutzt werden. Allerdings ist dieses Material noch sehr teuer und nicht in den erforderlichen Mengen verfügbar, sodass es bislang nur punktuell an stark belasteten Stellen wie am Holm in der Nähe der Nabe zum Einsatz kommt.

Auch beim Generator kann Gewicht gespart werden. Viele Offshore-Anlagen sind heute mit Ringgeneratoren ausgestattet, die ohne schwere Getriebe auskommen. Das verspricht auch weniger Wartungsaufwand. Allerdings gelangen die herkömmlichen Ringgeneratoren an ihre Grenzen, wenn die Leistung der Anlage zehn Megawatt übersteigt. Denn mit der Leistung des Generators nimmt auch sein Gewicht erheblich zu, das rund ein Drittel der Turmkopfmasse ausmacht. Im Projekt MagnetRing hat das Fraunhofer IEE gemeinsam mit Industriepartnern nun eine schlankere Konstruktion entwickelt, die auf eine Speichenstruktur zurückgreift und den Einbau kleinerer Magnete erlaubt. Damit reduziert sich die Gondelmasse auf knapp die Hälfte herkömmlicher getriebeloser Anlagen. Die elektrische Leistungsfähigkeit wurde durch eine Verringerung des Luftspalts zwischen Magnet und Spule erhöht.

(grh)