Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Antriebsstrangs für Offshore-Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von mehr als 6 MW. Darüber hinaus soll das leistungsspezifische Gewicht um 20 % gesenkt und eine Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht werden. Dadurch wird ein Beitrag zum Ausbau der erneuerbaren Energien, zur Wettbewerbsfähigkeit von Offshore Windenergie und zur Schonung natürlicher Ressourcen geleistet werden. Die Aufgabenschwerpunkte: sind u.a. eine hohe Nennleistung pro Anlage. Wegen der hohen offshore-Gründungskosten und höheren Logistikaufwendungen sind Anlagen umso wirtschaftlicher je größer ihre Nennleistung ist. Hierzu wurde von Schuler der Kapitalwert einer 5 MW Anlage dem einer 6,5 MW Anlage gegenübergestellt. Demnach ist bei gleicher dynamischer Amortisationszeit mit einer Steigerung des Kapitalwerts um ca. 15 % zu rechnen. Ein geringes Turmkopfgewicht ist erforderlich. Je geringer das Turmkopfgewicht (Rotor und Gondelgewicht) umso geringer sind die Kosten für Gründung, Turm und Logistik. Die hohe Verfügbarkeit ist notwendig. Durch die im Vergleich zu onshore-Anlagen deutlich erschwerte Zugänglichkeit (längere Anfahrtswege mit Helikopter oder Schiff, starke Abhängigkeit von Witterungsbedingungen) sind Störungsunempfindlichkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit wesentliche Erfolgsfaktoren für den wirtschaftlichen Betrieb von offshore- Windparks. Die Konzeption des Antriebsstrangs glieder sich wie folgt: Gegenüberstellung zweier Konzeptalternativen (2-stufiges Stirnradgetriebe mit Leistungsverzweigung und langsam laufenden Torquegeneratoren vs. Direktantriebsvarianten mit permanent erregtem Synchrongenerator), Vergleich verschiedener Direktantriebstopologien, Detaillierung der technologisch und ökonomisch erfolgversprechenderen Alternative, Strukturwerkstoffe zur Gewichtsreduzierung, Sphäro- und Aluminiumgußlegierungen, geschweißter Stahl, Condition Monitoring und Korrosionsschutz.Es wurde ein Konzept für ein 2-stufiges Stirnradgetriebe (Übersetzungsverhältnis i = 35) mit Leistungsverzweigung in der ersten Übersetzungsstufe zur Reduzierung der Zahnkräfte und langsam laufenden Torquegeneratoren (n = 400 U/min) entwickelt. Durch die Beschränkung der Generatordrehzahl soll ein häufiger Schadensschwerpunkt von Windkraftgetrieben, nämlich Lagerschäden an der schnellaufenden Getriebeabtriebswelle, eliminiert werden und die Zuverlässigkeit gesteigert werden. Allerdings erfordert der Einsatz permanenterregten Synchron-Torque- Generatoren aufgrund der hohen auftretenden Kurzschlußmomente den Einsatz von Überlastkupplungen in jedem der verzweigten Teilstränge. Durch das Stirnradgetriebe wird ferner eine statische Überbestimmung und damit verbundene Zwangskräfte, wie sie bei Planetengetrieben oder bei einer nachfolgenden Leistungssummierung der Fall ist, umgangen.
Entwicklung eines innovativen, verzweigten Antriebsstrangs einer Windkraftanlage für den optimalen Offshore-Betrieb. Abschlussbericht. Laufzeit des Vorhabens: 01.07.08 - 30.12.09
2010
28 Seiten, 8 Bilder, 7 Tabellen
Report
Deutsch
BETRIEB EINES ANTRIEBSSTRANGS MIT BRENNSTOFFZELLENANORDNUNG
Europäisches Patentamt | 2020
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