Ein auf Schienen fahrender statt auf Zylinderrollen gleitender Rotor und ein direkt in der Nabe integrierter Generator könnten künftig für Windenergieanlagen zugleich drei Vorteile einbringen: den notwendigen Leichtbau für künftige Turbinen mit hoher Leistung, einfacheren Zugriff des Wartungsdienstes bei einer Reparatur des Lagers und weniger Bedarf an Schmierstoffen.
Das ist das Ziel von Optigen. Das 2023 gestartete Unternehmen entwickelt einen entsprechenden Antriebstyp für eine neue getriebelose Windenergieanlage. Eingebunden in das 2024 gestartete internationale Forschungsprojekt Lightwind soll die Entwicklung bis zum Ende der Projektlaufzeit im September 2027 die Technologie ersteinmal durchdefiniert haben. Direkt danach will Optigen den Prototyp einer Offshore-Anlage entwickeln und 2030 zunächst an Land aufstellen.
Ex-Haliade-Ingenieure
Führende Köpfe der Generator- und Rotorreform sind zwei von Alstom und GE stammende Ingenieure, die 15 bis 20 Jahre lang an der Entwicklung der getriebelosen GE-Offshore-Windturbine Haliade und Haliade-X gearbeitet hatten. Neben Santiago Canedo als dem Erfinder der Technik ist das auch Mitgründer Stefan Keller, der erklärtermaßen beide ersten Stufen im sogenannten Engineering der Haliade-Anlage geleitet hatte. Keller vergleicht die Fahrt des Optigen-Antriebs mit der eines „umgekehrten Zuges“: Der direkt als Ring auf die Nabe aufgesetzte stehende Teil des Generators endet zum Rotor hin mit feststehenden und an Elastomer-Kunststoffpuffern an diesen Stator montierten Rädern. Die Räder rollen auf einer Schiene im drehenden Teil des Generators ab, wobei entsprechend dem von Keller so gezeichneten Bild eines umgekehrten Zuges die Schiene sich in dieser Rotation fortbewegt und die Räder am Stator logischerweise stehen. Während die Rollen eines klassischen Drehlagers im Generator gewöhnlich 10 Zentimeter im Durchmesser haben, sind die Optigen-Schienenräder 60 Zentimeter groß.
Eher Re- als E-volution
Mit dem Blick auf die Ziele der Innovation zeigt sich, dass es keine Konzeptentwicklung, sondern eine Konzeptrevolution ist. Denn die Rotorblätter sind beim Optigen-Design direkt am Generator selbst angeflanscht, was dessen drehendes Teil gleich im doppelten Sinn zum Rotor macht. Mehr noch als die eingesparte gesonderte Nabe aber revolutioniert das Design das Konzept bisheriger Direktantriebsgeneratoren, weil die Schienenräder gleich zwei neue Funktionen erfüllen, die direkt zur Leichtbauweise führen. Als eine dieser Funktionen federt die Gründung des Räderwerks in Gestalt der puffernden Elastomere die vom großen Rotor eingebrachten ungleichen Lasten sofort ab und garantiert zudem, dass die Räder immer an der Schiene anhaften.
Fettung stark reduziert
Während zudem die kleinen Rollen der herkömmlichen Rollenlager aufgrund eines enormen auf ihnen lastenden Drucks von auch mal bis zu zwei Gigapascal nur mit ständiger und reichlicher Fettung drehen können, müssen die Optigen-Schienenräder dank des größeren Durchmessers nur halb so viel Druck standhalten. Sie brauchen daher kaum Schmierung. Die Schienen brauchen deshalb auch anders als klassische Rollenlager keine Abdeckung, die das Fett hält. Reparaturteams haben so ungehinderten Zugang und können Einzelteile des System wie Raeder direkt austauschen.
Der Leichtbau
Wichtiger noch dürfte die zweite Funktion des Schienendesigns sein, die dessen ursprüngliches Entwicklungsziel ist: Hier garantieren die Schienenräder direkt den nur einen Zentimeter breiten Luftspalt zwischen den Spulen am Stator und den Magneten im Rotor unmittelbar.
Herkömmliche Direktantriebsdesigns müssen dagegen für die steife Auslegung des dünnen drehenden Generatorteils zum Einhalten des Luftspalts mit Rippen und mehreren starken Trägerstrukturen gegenhalten. (tw)
