211service.com
Windturbines werpen hun versnellingen af
Fabrikanten van windturbines keren zich af van de industriestandaard tandwielkasten en generatoren om de betrouwbaarheid te vergroten en de kosten van windenergie te verlagen.
Vermogensring: Deze windturbine van drie megawatt maakt gebruik van permanente magneten en een ontwerp dat hem aanzienlijk lichter maakt dan een conventionele turbine met tandwieloverbrenging.
Siemens is begonnen met de verkoop van een drie megawatt-turbine met behulp van een zogenaamd direct-drive-systeem dat de conventionele hogesnelheidsgenerator vervangt door een lagesnelheidsgenerator die de noodzaak voor een versnellingsbak elimineert. En vorige maand, General Electric kondigde een investering van 340 miljoen euro aan in productiefaciliteiten om zijn eigen vier megawatt direct aangedreven turbines voor offshore windparken te bouwen.
De meeste waarnemers zeggen dat de verschuiving van de industrie naar direct-drive een reactie is op veel gepubliceerde versnellingsbakstoringen. Maar Henrik Stiesdal, chief technology officer van de windkrachtcentrale van Siemens, zegt dat versnellingsbakproblemen overdreven zijn. Hij zegt dat Siemens direct-drive gaat gebruiken om meer energie op te wekken tegen lagere kosten. Turbines kunnen concurrerender worden gemaakt door middel van directe aandrijving, zegt Stiesdal.
De plannen van Siemens zijn gebaseerd op een nieuw ontwerp dat het gewicht van de generator van het systeem vermindert. Bij conventionele windturbines verhoogt de tandwielkast de snelheid van de door de wind aangedreven rotor enkele honderden keren, waardoor de benodigde generator radicaal kleiner wordt. Direct aangedreven generatoren werken met dezelfde snelheid als de bladen van de turbine en moeten daarom veel groter zijn - meer dan vier meter in diameter voor de drie-megawatt-turbine van Siemens. Toch beweert Siemens dat de hele gondel van de turbine slechts 73 ton – 12 ton minder weegt dan die van de minder krachtige, tandwielaangedreven turbines van 2,3 megawatt.
Een groot deel van de gewichtsvermindering komt van het gebruik van permanente magneten in de rotor van de generator - een truc die GE ook gebruikt. Conventionele turbinegeneratoren gebruiken elektromagneten - koperen spoelen die worden gevoed met elektriciteit van de generator zelf. Henk Polinder, expert in permanentmagneetgeneratoren bij Holland's Technische Universiteit Delft , zegt dat een 15 millimeter dik segment van permanente magneten hetzelfde magnetische veld kan genereren als een sectie van 10 tot 15 centimeter koperen spoelen.
Stiesdal zegt dat Siemens het gewicht verder heeft verminderd door het ontwerp van zijn generator om te keren. In plaats van een stalen rotor bedekt met permanente magneten die ronddraaien in een stationaire donutvormige stator (het ontwerp dat GE gebruikt in zijn vier megawatt direct aangedreven turbine), is de rotor van Siemens een stalen cilinder met permanente magneten aan de binnenkant, en deze rotor draait rond een kolomachtige stator.
Siemens heeft in december een prototype van zijn machine gebouwd in Brande, Denemarken en is van plan er dit jaar nog 10 te installeren, voornamelijk in Denemarken, voordat hij in 2011 met massaproductie begon. De technologie van GE, die het vorig jaar verwierf met de aankoop van de Noorse turbineproducent ScanWind , wordt gedemonstreerd op een testlocatie in Noorwegen; commercialisering van zijn vier-megawatt-machine is gepland voor 2012.
Er is meer concurrentie op komst. Durfkapitaalfirma New Enterprise Associates steunt een op Boulder, CO gebaseerde startup genaamd Boulder windenergie , die een direct aangedreven turbine van 1,5 megawatt ontwikkelt. Het bedrijf werd in december opgericht door Sandy Butterfield, die hoofdingenieur was voor het windtechnologiecentrum van het U.S. National Renewable Energy Laboratory (NREL), waar hij een grootschalig onderzoek leidde naar het ontwerpproces van versnellingsbakken.
Of versnellingsbakstoringen een sectorbreed probleem zijn, blijft een punt van discussie. NREL startte haar onderzoek in 2007, toen er verschillende mislukkingen waren: een in de VS gevestigd bedrijf, Clipper windkracht , ondervond ernstige problemen met de versnellingsbak binnen enkele maanden na installatie van de eerste van zijn 2,5-megawatt-turbines in een windpark in Lackawanna, NY, terwijl versnellingsbakken in de 30 Vestas Wind Systems-turbines die het offshore Kentish Flats-windpark in het VK vormen, moesten worden vervangen nadat slechts twee jaar in bedrijf. NREL concludeerde dat de meeste tandwielkasten voor windturbines ruim voor hun 20-jarige ontwerplevensduur zouden falen.
Stiesdal zegt dat uit eigen onderzoeken van Siemens blijkt dat versnellingsbakken over het algemeen redelijk betrouwbaar zijn. Een analyse uit 2008 van Siemens-machines die van 1983 tot 1989 in de VS waren geïnstalleerd, wees uit dat de overgrote meerderheid nog steeds werkte met hun originele versnellingsbakken. Maar hij verwacht wel een grotere betrouwbaarheid van het direct-drive systeem, dat ongeveer half zoveel onderdelen heeft als een conventionele turbine.
Direct-drive systemen introduceren echter een potentieel probleem. Er zijn aanhoudende zorgen over de toekomstige levering van de zeldzame aardmetalen die worden gebruikt om permanente magneten te maken. Dat is een serieus probleem, zegt Stiesdal.