211service.com
Vindmøller afgiver deres gear
Vindmølleproducenter vender sig væk fra industristandard gearkasser og generatorer i et forsøg på at øge pålideligheden og reducere omkostningerne ved vindkraft.
Power ring: Denne vindmølle på tre megawatt bruger permanente magneter og et design, der gør den væsentligt lettere end en konventionel gearet mølle.
Siemens er begyndt at sælge en turbine på tre megawatt ved hjælp af et såkaldt direct-drive-system, der erstatter den konventionelle højhastighedsgenerator med en lavhastighedsgenerator, der eliminerer behovet for en gearkasse. Og i sidste måned, General Electric annonceret en investering på 340 millioner euro i produktionsfaciliteter til at bygge sine egne fire megawatt direkte-drevne møller til havvindmølleparker.
De fleste iagttagere siger, at industriens skift til direkte kørsel er et svar på meget omtalte gearkassefejl. Men Henrik Stiesdal, teknologichef for Siemens’ vindkraftenhed, siger, at gearkasseproblemerne er overdrevet. Han siger, at Siemens bruger direkte drev som et middel til at generere mere energi til lavere omkostninger. Møller kan gøres mere konkurrencedygtige gennem direkte drev, siger Stiesdal.
Siemens' planer afhænger af et nyt design, der reducerer vægten af systemets generator. I konventionelle vindmøller øger gearkassen hastigheden på den vinddrevne rotor flere hundrede gange, hvilket radikalt reducerer størrelsen af den nødvendige generator. Direkte drevne generatorer arbejder med samme hastighed som turbinens vinger og skal derfor være meget større - over fire meter i diameter for Siemens' tre megawatt turbine. Alligevel hævder Siemens, at hele møllens nacelle vejer kun 73 tons - 12 tons mindre end på dens mindre kraftfulde, geardrevne 2,3 megawatt turbiner.
En stor del af vægtreduktionen kommer fra brugen af permanente magneter i generatorens rotor – et trick, som GE også bruger. Konventionelle turbinegeneratorer bruger elektromagneter - kobberspoler tilført elektricitet fra selve generatoren. Henk Polinder, ekspert i permanentmagnetgeneratorer hos Holland Delft Tekniske Universitet , siger, at et 15-millimeter tykt segment af permanente magneter kan generere det samme magnetfelt som en 10- til 15-centimeter sektion af kobberspoler.
Stiesdal siger, at Siemens reducerede vægten yderligere ved at vende sin generators design om. I stedet for en stålrotor dækket med permanente magneter, der spinder inde i en stationær doughnut-formet stator (designet GE bruger i sin fire-megawatt direkte-drevne turbine) er Siemens' rotor en stålcylinder med permanente magneter på indersiden, og denne rotor roterer omkring en søjlelignende stator.
Siemens rejste en prototype af sin maskine i Brande, Danmark, i december og planlægger at installere 10 mere i år, primært i Danmark, inden masseproduktionen påbegyndes i 2011. GE's teknologi, som det erhvervede med købet af den norske turbineproducent ScanWind sidste år , bliver demonstreret på et teststed i Norge; kommercialiseringen af dens fire-megawatt-maskine er planlagt til 2012.
Mere konkurrence er på vej. Venturekapitalfirmaet New Enterprise Associates bakker op om en Boulder, CO-baseret startup kaldet Boulder Wind Power , som er ved at udvikle en 1,5 megawatt direkte drevet turbine. Firmaet blev grundlagt i december af Sandy Butterfield, som var chefingeniør for U.S. National Renewable Energy Laboratorys (NREL) vindteknologicenter, hvor han ledede en større undersøgelse af gearkassedesignprocessen.
Hvorvidt gearkassefejl er et industridækkende problem, er stadig et spørgsmål om uenighed. NREL indledte sin undersøgelse i 2007, da der var flere fejl: en amerikansk-baseret virksomhed, Clipper Windpower , oplevede alvorlige gearkasseproblemer inden for måneder efter at have installeret den første af sine 2,5 megawatt-møller ved en vindmøllepark i Lackawanna, NY, mens gearkasserne i de 30 Vestas Wind Systems-møller, der udgør Storbritanniens offshore Kentish Flats-vindmøllepark, skulle udskiftes efter kun to års drift. NREL konkluderede, at de fleste vindmøllegearkasser ville fejle længe før deres 20-årige designlevetid.
Stiesdal siger, at Siemens egne undersøgelser viser, at gearkasser generelt er ret pålidelige. En analyse fra 2008 af Siemens-maskiner installeret fra 1983 til 1989 i USA viste, at langt de fleste stadig fungerede med deres originale gearkasser. Men han forventer øget pålidelighed fra det direkte drevne system, som har cirka halvt så mange dele som en konventionel turbine.
Direct-drive-systemer introducerer dog et potentielt problem. Der er løbende bekymringer vedrørende den fremtidige forsyning af de sjældne jordarters metaller, der bruges til at fremstille permanente magneter. Det er et alvorligt problem, siger Stiesdal.