Eine Übertragung hoher Ströme zwischen rotierenden und festen Teilen im Generator ohne Abnutzung könnte die elektrisch erregte Umwandlung von Bewegungsenergie in Strom wieder attraktiv werden lassen. Der Ingenieur für Innovationen in Energiesystemen am US-amerikanischen Institut Sandia National Laboratories, Jeffrey Koplow, hat nun den Segen für diese Erfindung durch die regierungsnahe Agentur Fedtech erhalten. Sie unterstützt die Förderung der Marktfähigkeit von zuletzt noch im Labor entwickelten Technologien und ließ Koplow die neue Generatorkupplung im Dezember auf ihrer zentralen Schaufensterveranstaltung Frontier Venture Summit vorführen. Erklärtes Ziel der Twistact genannten generatorinternen Konstruktion eines leitenden Gurtes ist es, künftig auf Generator-Permanentmagneten und die darin eingeschmolzenen seltenen Erden verzichten zu können. Die für Permanentmagneten wichtigsten dieser Stoffe sind die Metalle Neodym oder Dysprosium. Sie sorgen schon in kleinen Mengen für eine besonders große Magnetkraft und halten so die Gewichtszunahme immer stärkerer Generatoren für Windenergieanlagen in Grenzen. Sie sind allerdings sehr teuer und nur aus wenigen Ländern wie vor allem China zu bekommen. Die Twistact-Technologie soll die Abhängigkeit der Windkraftindustrie von chinesischen Importen verkleinern.
Kein Austausch von Bürsten oder Schleifringen
Er habe das Generatoreinbauteil „Twistact“ genannt, zu Deutsch: Biege-Akt, lässt Koplow auf Anfrage von ERNEUERBARE ENERGIEN ausrichten, weil es für eine elektrische Verbindung sorge, die den Stromfluss „ohne irgendeinen Verlust des elektrischen Kontaktes um jeden Winkel überträgt“. Damit ersetzt der Twistact die mit Bürsten oder Schleifringen aufgebaute klassische generatorinterne Stromleittechnik. Beide Bauteile dienen dazu, Elektrizität durch einen fast reibungslosen Kontakt in den drehenden Teil des Generators einzubringen oder daraus abzuführen – immer da, wo eben Stromkabel sich nicht verbinden lassen. Allerdings nutzen sich Bürsten oder Schleifringe binnen Monaten ab und erfordern regelmäßiges Austauschen durch Wartungsteams. Nicht zuletzt auch deshalb hatten die Windturbinenbauer von elektrisch erregten Generatoren zunehmend komplett Abstand genommen und zu den Permanentmagneten als Erregungsmittel gegriffen. Das Twistact-Element werde über die gesamte Betriebszeit der Anlage hinweg ohne Austausch durchhalten, stellt Koplow in Aussicht. Einfache Elektromagneten würden damit für die Windkraft wieder zu möglichen Mitteln: schlichte Stahllamellen in Verbindung mit Kupfer- oder Aluminiumdrahtwindungen.
Die von Koplow ertüftelte Konstruktion erinnert in der Grobskizze an die Achsenkonstruktion eines Wagens, dessen vier Räder allerdings jeweils paarweise quer zueinander stehen. Statt dass dieser imaginäre Wagen eine gerade Strecke zurücklegt, lässt die Konstruktion ihn sich um sich selbst drehen. Präziser skizziert stellt sich Twistact als System von vier Laufrollen dar: Während eine der Laufrollen direkt auf der Generatorläuferachse rotiert, treibt sie zwei senkrecht abstehende Laufrollen an, die auf dem Außenkreis einer fest stehenden Laufrolle abrollen. Diese fixierte Laufrolle ist am stehenden Teil des Generators oder der Generatorumgebung angebracht. Ein Gurt aus der leitenden Kupfermischung Percon 28 verbindet das Laufrädersystem zur drehenden und stromleitenden Einheit.
Sind die Direktantriebsgeneratoren wieder wirtschaftlich?
Eine Investitionskostenersparnis um zehn Prozent rechnen die US-Amerikaner allein aufgrund ihres Verzichts auf die teuren seltenen Erden vor. Lässt sich der Innovation auch Wartungsfreiheit zugute rechnen, könnten die Windturbinenbauer künftig wieder auf die Wirtschaftlichkeit der elektrisch erregten Direktantriebsgeneratoren setzen, so wirbt Koplow. So lasse sich der Vorteil dieser Generatortechnik ausschöpfen: Weil sich elektrische Erregung abgestuft variieren lässt, kann sie die Stromzusammensetzung aus Blind- und Wirkstrom unmittelbar beeinflussen. Sie kann somit ungewünschte Schwingungen in den Sinuskurven von Spannung und Strom vermeiden oder helfen, sie aus den Stromnetzen wieder zu beseitigen.
Sandia sucht nun nach eigenen Angaben einen Generatorhersteller als Partner, um die Twistact-Technologie „in die nächste Generation der Direktantriebs-Windturbinen“ einbauen zu können.
