Moderne Antriebssysteme von Windenergieanlagen folgen einer einfachen Logik: Sie benötigen kein Getriebe. Wenige drehende Bauteile reduzieren die mechanische Belastung und erhöhen die technische Lebensdauer. Der Wartungs- und Serviceaufwand für die Windenergie-Anlage wird reduziert (u.a. weniger Verschleißteile, kein Getriebeölwechsel) und die Betriebskosten sinken.
So sind Rotornabe und Ringgenerator bei Direktantrieben ohne Getriebe als feste Einheit direkt miteinander verbunden. Gelagert wird die Rotoreinheit auf einer fest stehenden Achse, dem sog. Achszapfen. Im Vergleich zu herkömmlichen Getriebeanlagen mit zahlreichen Lagerstellen im beweglichen Antriebsstrang kommt das direkte Antriebssystem mit wenigen, langsam laufenden Wälzlagern aus. Grund dafür ist die geringe Drehzahl des Direktantriebs.
Direktantrieb einer E-48 - © Enercon
In der getriebelosen Anlagenkonzeption ist der Ringgenerator von zentraler Bedeutung. In Einheit mit der Rotornabe bietet er einen nahezu reibungslosen Energiefluss. Der schonende Lauf weniger beweglicher Komponenten garantiert einen geringen Materialverschleiß. Im Gegensatz zu herkömmlichen Asynchrongeneratoren unterliegt der Ringgenerator kaum mechanischen Abnutzungserscheinungen und ist prädestiniert für besonders starke Beanspruchungen und eine lange Lebenszeit. Gleichzeitig wird langwierigen Reparaturarbeiten und damit verbundenen Anlagen-Stillstandzeiten vorgebeugt.
Polschuhe am Scheibenrotor: keinerlei Tonhaltigkeit durch laufangepasste Geometrie - © Enercon
Der ENERCON Ringgenerator ist ein hochpoliger Synchrongenerator ohne direkte Netzkopplung. Ausgangsspannung und -frequenz variieren mit der Drehzahl und werden über einen Gleichstromzwischenkreis und Wechselrichter für die Abgabe an das Netz umgerichtet. Dadurch wird eine hohe Drehzahlvariabilität erreicht.
Gemäß den Langlebigkeitsanforderungen an ENERCON Windenergie-Anlagen ist die Kupferwicklung im Stator, dem stationären Teil des Ringgenerators, in Isolationsklasse F (155°C) ausgeführt. Aufgrund der Ähnlichkeit mit einer Korbflechtung wird sie auch als geschlossene, einschichtige Korbwicklung bezeichnet. Sie besteht aus einzelnen, in Bündeln zusammengefassten und lackisolierten Runddrähten. Die Einbringung der Kupferwicklung erfolgt bei ENERCON ausschließlich von Hand. Trotz fortschreitender Automatisierung in anderen Fertigungsbereichen hat hier Handarbeit aus gutem Grund den Vorrang erhalten. Sie gewährleistet eine vollständige Prüfung der verarbeiteten Materialien. Des Weiteren ermöglicht ein spezielles Verarbeitungsverfahren die Erstellung einer durchgängigen Wicklung, bei der jeder Phasenstrang vom Eingang bis zum Ausgang ohne Unterbrechung eingelegt wird.
Statorfertigung: Ein spezielles Verarbeitungsverfahren sorgt ermöglicht je
Phase eine durchgängige Wicklung ohne Unterbrechung. - © Enercon
Die Erregung des magnetischen Feldes der Statorwicklung erfolgt über die sog. Polschuhe. Diese befinden sich am Scheibenrotor, dem beweglichen Teil des ENERCON Ringgenerators. Da Form und Lage der Polschuhe maßgeblichen Einfluss auf die Geräuschemission des Ringgenerators haben, hat die ENERCON Forschung und Entwicklung diesem Thema besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Das Resultat: Durch optimale Anpassung der Polschuhe an den Lauf des langsam rotierenden Ringgenerators tritt keinerlei Tonhaltigkeit auf.
Der ENERCON Ringgenerator zeichnet sich durch eine optimierte Temperaturführung aus. Mithilfe von zahlreichen Temperatursensoren werden die wärmsten Bereiche im Ringgenerator permanent überwacht. Die Ansprechtemperatur der Sensoren liegt dabei wesentlich unter der Dauertemperaturbeständigkeit der im Ringgenerator verarbeiteten Isolierstoffe, so dass eine Überstrapazierung durch zu hohe Temperaturen ausgeschlossen ist.
Direktantrieb einer E-48 - © Enercon
Neben dem Direktantrieb sorgt ein speziell entwickeltes Kraftflusskonzept, das dynamische Lasten direkt von der Rotoreinheit auf den Turm ableitet, für eine weitere Reduzierung der mechanischen Belastung. Um dabei mögliche Spannungsüberhöhungen an Schweißnähten zu vermeiden, kommen im Bereich der Hauptkomponenten ausschließlich Gussteile zum Einsatz.