Neustart mit verbesserter Technik
Verbunden mit dem Auftauchen neuer Akteure wird auch die Anlagentechnologie von einer Modernisierungswelle erfasst. Die Frischzellenkur geht von Playern wie Clipper Windpower aus, deren Manager in unterschiedlichen Windkraftfirmen zu viele Erfahrungen gesammelt haben, um ihr Start-up auf alter Technologie zu gründen (neue energie 7/2007). Die Clipper-Chefs haben zunächst bei Zond, dann bei Enron und GE genügend Turbinen mit klassischen Asynchron-Generatoren und Getrieben gesehen und setzen nun mit ihrer Liberty-Turbine mit 2,5 MW auf reduzierte Lasten: Die Drehmomentlasten werden über vier Wellen auf vier Synchrongeneratoren mit jeweils 660 Kilowatt übertragen (neue energie 11/2006).
Die Multibrid Entwicklungsgesellschaft mbH und die finnische Winwind Oy verwenden in ihren Windrädern die Multibridtechnik, bei der der Stator des Permanentmagnet-Synchrongenerators direkt in das Maschinengehäuse eingebaut ist. Der Läufer ist auf der Abtriebswelle des Getriebes montiert und benötigt daher keine weiteren Lager. Veli-Matti Jääkeläinen, Präsident der Winwind Oy: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Anlagenkonzept. In diesem Jahr haben wir elf Maschinen der Drei-Megawatt-Klasse aufgestellt, 2008 werden es 100 bis 150 MW und 2009 wird sich diese Zahl erneut mehr als verdoppeln.“ Derzeit sehe sich Winwind nach einer neuen Fertigungsstätte um. Ob diese in Finnland sein wird, ist fraglich. „Unser Land bietet nur einen kleinen Absatzmarkt“, merkt Jääkeläinen an.
Etablierte Hersteller wagen sich ebenfalls an neue Konzepte: Die Fuhrländer AG hat sich vom Ingenieurbüro W2E mit der FL 2500 eine Maschine entwickeln lassen, die sich vor allem durch das Antriebskonzept mit großem Rollenlager zur Vermeidung von Längs- und Querkräften auf das Getriebe von den bisherigen Fuhrländer-Maschinen abhebt. Und auch General Electric schlägt eine neue Richtung ein: „Die 2.5xl ist die erste vollständig von GE entwickelte Windenergieanlage“, sagt Richard Reno, Chef der neuen Produktgruppe bei GE in Salzbergen. Nachdem der Großkonzern 6.000 Maschinen mit 1,5 MW aufgestellt hat, ist die Windkraft in Europa nun aus dieser Anlagengröße heraus gewachsen. Größere Turbinen mussten ins Programm. Statt die 1.5er zu vergrößert, hat GE eine neue Anlage entwickelt und sich vom Asynchrongenerator verabschiedet. Den Kern der neuen Maschine bildet ein Synchrongenerator mit Permanentmagnet. Eine neue Lagerung soll zudem das Getriebe entlasten. Die neue Anlagengeneration gleicht sich in vielen Punkten: Die Unternehmen setzen auf Synchrongeneratoren mit Permanentmagneten. Die positiven Netzeigenschaften dieser Technologie haben sie in die Poolposition befördert. Zweiter Punkt ist die Gewichtsreduzierung: Durch ein verändertes Design sollen die neuen Anlagen leichter werden, wachsende Anlagenleistung und steigende Materialkosten machen die Abspeck-Kur erforderlich. In der Vergangenheit haben einige Hersteller ihre Komponenten immer leichter ausgelegt, bis sie schließlich an ihre Grenze kamen und Schäden auftraten. Keine glänzende Bilanz hatte bisher die V90 des Weltmarktführers Vestas, sie soll relativ anfällig sein. „Die V90 ist eine sehr leichte Maschine“, bestätigt Vestas-Sprecher Peter Wenzel Kruse. Die Probleme begründet er allerdings damit, dass die Anlage noch relativ frisch im Markt ist.
Angesichts häufiger Getriebeschäden sind auch neue Kraftflusskonzepte gefragt. Um das Problem von vornherein auszuschließen, wird immer häufiger ganz auf das anfällige Bauteil verzichtet. Die norwegische Scanwind hat vor Jahren schon seine erste getriebelose 3,5-MW-Maschine installiert. Seither ist nicht viel passiert. Inge Garshol, Managing Director bei Scanwind, versichert, das werde nun anders: „Wir haben das Management ausgewechselt und werden Anfang 2008 15 Turbinen errichten.“
Bei der Firma Harakosan kommt ein altes getriebeloses Konzept in abgewandelter Form zu Einsatz. Im Januar 2005 hat das japanische Unternehmen den teilweise niederländischen Windkraftanlagenhersteller und Entwickler Zephyros BV, ehemals Lagerwey, aufgekauft. Die getriebelose Zwei-MW-Anlage Z 72 war zu dem Zeitpunkt bereits in einigen Punkten verändert worden. „Die Lagerwey-Anlage hatte noch einen mit Elektromagneten betriebenen Generator. In den jetzigen Anlagen kommen dagegen Permanentmagneten zum Einsatz“, sagt Gert-Jan de Vilder, Senior-Ingenieur in der Entwicklungsabteilung von Harakosan Europe BV im niederländischen Lelystad. Vorteil: Robustere Technik und weniger Energieverluste. „Der Prototyp ist 2002 nahe Rotterdam aufgestellt worden. In Den Helder werden Anlagen für Europa produziert. Wir haben zum Beispiel gerade im finnischen Hogsara einen Windpark installiert“, so de Vilder. Ein 2006 gegründetes Joint-Venture mit der chinesischen XEMC, die laut de Vilder alle Komponenten der Turbine selbst produziert wird im nächsten Jahr 100 Anlagen bauen. „Und dann wird sich die Stückzahl jährlich verdoppeln.“ Die Vensys AG gehört zu den relativ frischen Unternehmen, in deren Turbinen die Energie direkt von einem Synchrongenerator mit Permanentmagneten aufgenommen wird. Vensys wird laut Vorstand Dietmar Knünz zur Verbreitung des getriebelosen Konzepts beitragen: „In fünf Jahren werden wohl etwa 5.000 Vensys-Turbinen stehen - ein großer Teil davon in China.“
Sonderturbinen für spezielle Aufgaben
Noch mögen diese Turbinenmodelle exotisch erscheinen, doch ihre Konzepte leuchten ein und der Bedarf ist da. Während viele Windschmieden mit angepassten Konzepten locken, gehen einige neue Player noch einen Schritt weiter. Sie kommen mit Neuentwicklungen auf den Markt, die Lösungen für besondere Situationen versprechen: Die amerikanische General Compression hat für 2009 den Prototyp einer Maschine angekündigt, die nicht direkt Strom produziert, sondern Druckluft, die unter der Mühle gespeichert wird (neue energie 7/2007). Je nach Bedarf soll die Druckluft dann über einen Generator in Strom umgewandelt werden. Mit anderen Worten: Eine Windkraftanlage mit integriertem Speicher kommt auf den Markt.
Die Zwei-MW-Turbine Subaru 80/2.0 der japanischen Eco Technologies Company, einer Tochter von Fuji Heavy Industries Ltd. und Hitachi Ltd., ist unter besonderer Berücksichtigung der Witterungsverhältnisse Japans entwickelt worden: Sie soll Taifunen, Blitzen und böigen Winden in bergigem Terrain standhalten. Statt ihren Maschinenkopf mit der Rotornabe voran wie herkömmliche Anlagen in Windrichtung zu halten, dreht sich die Anlage in die entgegengesetzte Richtung. Dieses so genannte Lee-Läufer-Prinzip haben die Designer der Eco Technologies Company von Fuji nach eigenen Angaben gewählt, um den Wind optimal nutzen zu können, der über bergige Regionen weht. Der Prototyp ist Ende 2005 im japanischen Hasaki, 100 Kilometer östlich von Tokyo, installiert worden.
Die niederländische Firma Blue H hat eine Turbine ausschließlich für den Einsatz auf dem Meer entwickelt (neue energie 8/2007). Seichtes Wasser gebe es nicht einmal in zehn Prozent der Weltmeere, erklärt Martin Jakubowski. „Also habe ich an einer Lösung für 50 bis 200 Meter tiefe Gewässer gearbeitet.“ Schwimmende Fundamente erschienen dem Technischen Direktor der Blue H daher für die Offshore-Windkraft am sinnvollsten. Weitere Besonderheiten: Das teilweise aus den USA eingekaufte Konzept verzichtet auf ein drittes Rotorblatt, was Material und damit Gewicht wie Kosten einspart. Derzeit wird der 80-Kilowatt-Prototyp des ersten schwimmenden Windrads vor der italienischen Küste installiert. Eine weitere Testanlage mit zwei MW ist laut Jakubowski bereits an Land getestet und zertifiziert worden. Nächster Schritt sind 3,5 Megawatt Leistung.
Vorteil der schwimmenden Konstruktion sei die Gewichtseinsparung: Das Komplettgewicht der Zwei-MW-Anlage werde in 100 Meter Wassertiefe bei 600 Tonnen liegen. Zum Vergleich: Die Offshore-Konstruktion einer Repower 5M mit fünf MW Leistung in 44 Meter Wassertiefe wiegt 2.000 Tonnen, das Jacket-Fundament allein 900 Tonnen. Das Gewicht der Gondel wird außerdem laut Jakubowski nicht im gleichen Maß wachsen wie die Leistung, weil schrittweise Bauteile in den Turmfuß verlagert werden. Der Technische Direktor der Blue H sieht zuversichtlich in die Zukunft: „Wir haben keine Konkurrenz auf diesem Feld und unser Gesamtkonzept ist stimmig. Ich bin sicher, dass wir eine Chance haben, in den nächsten Jahren zu den Topherstellern aufzuschließen:“