Siemens 3,6 MW store vindturbiner har girkasser som veier 35 tonn. Nye direktedrevne vindturbiner vil ha langt lavere vedlikeholdsbehov. (Bilde: Siemens AG)

SIEMENS VINDTURBINER

Bare girkassa på denne veier 35 tonn

 

 

Det ble nylig kjent at Siemens skal levere femten 3 MW direktedrevne vindturbiner til Raggovidda vindkraftverk i Finnmark. Det er samme type turbiner som er blitt testet på Havøyg­avlen i to år.

Siemens’ vindkraftsjef i Norge, Tore Tomter, sier selskapet nå satser stort på direktedrevne vindturbiner, altså vindmøller uten girkasse.

Enorme girkasser

Bakgrunnen er at en stor andel av turbinene i fremtiden kommer til å bli installert til havs. Da er det viktig å slippe å måtte gjøre vedlikehold og reparasjoner på havarerte girkasser.

Med de turbinstørrelsene som ventes i fremtiden, ville det også kunne blitt svært vanskelig å bygge de enorme girkassene som måtte til.

Da vindturbinene på begynnelsen av åttitallet hadde en effekt på 120 kW, hadde de en girkasse som veide 1000 kilo og som besto av fire gir og pinjonger og seks lagre, forteller Tomter.

En turbin på 3,6 MW i dag har derimot hele 13 gir og pinjonger og 22 lagre, og girkassen veier 35 tonn.

Les også: – Ny vindturbin produserer seks ganger så mye kraft

Direktedreven: Siemens skal levere femten 3 MW direktedrevne vindturbiner til Varanger Krafts Raggovidda vindkraftverk i Finnmark. Foto: Siemens

Uhåndterlige girkasser

Trenden med stadig større vindturbiner antas å fortsette en god stund til, til turbinene når både 8 og 10 MW.

– Disse girkassene ville vært utrolig komplekse. Jo større last, kraft og effekt man skal formidle gjennom drivverket, jo mer robuste må alle komponentene være. Med girkasser ville man dratt med seg de mest vedlikeholdskrevende komponentene inn i de mest utfordrende sitene offshore, sier Tomter.

Med direkte­drevne turbiner forventer han et lavere vedlikeholdsbehov.

Tomter innrømmer at Siemens så langt ikke har gått i bresjen for direktedrevne turbiner. Selskapet Enercon har for eksempel hatt girløse vindturbiner i serieproduksjon siden 1993, mens Siemens’ første direktedrevne turbin ble satt i drift i 2008.

Men de stadig større vindturbinene har nå fått Siemens til å satse stort på denne teknologien.

Les også: Her er vindkraft nå billigere enn kull

Kraftelektronisk utvikling

Bakgrunnen for at man tidligere trengte gir i vindturbinene, var at akslingen går med 16 omdreininger per minutt, mens generatoren i den andre enden går med 1500 omdreininger per minutt.

For å få det til, trengte man gir. Man måtte rett og slett gire om avhengig av hva vindhastigheten var for tilpasse seg nettfrekvensen.

Men utviklingen i kraftelektronikken har gjort at giret kan erstattes med en frekvensomformer. Siemens bruker fullskala frekvensomformere.

De konverterer vekselstrømmen som kommer fra generatoren med variabel frekvens til likestrøm, for deretter å konvertere den tilbake til vekselstrøm med konstant frekvens.

Dette blir kombinert med mangepolet synkron generator med permanent magnet som klarer å dreie saktere enn de tidligere brukte asynkrone generatorene.

På denne måten kan generatoren rotere i samme hastighet som vingene, mens omformeren sørger for at strømmen kommer ut på nettet med riktig frekvens og understøtter nettselskapenes øvrige krav til kvalitet på strømmen, forklarer Tomter.

Girkasse: En turbin på 3,6 MW i dag har en girkasse på 35 tonn med 13 gir og pinjonger og 22 lagre. Når turbinene nå blir enda større og skal installeres på sjøen, vil Siemens’ vindkraftsjef Tore Tomter droppe girkassen. Foto: Øyvind Lie

Kjent teknologi

Denne frekvensomformingsteknologien var imidlertid også tilgjengelig før Siemens begynte å utvikle sin direktedrevne teknologi.

– Det var vel heller det at vi tar den tilgjengelige teknologien i bruk, en teknologi som allerede var vel kjent, sier Tomter.

I dag er den største turbinen til Siemens 6 MW med en rotor på 154 meter, og divisjonsdirektøren er klar på at Siemens vil komme med større turbiner for å kunne hevde seg i konkurransen på det fremtidige offshoremarkedet.

– Hvor langt er dere kommet med å utvikle en enda større turbin?

– Det vet jeg ikke. Og om jeg hadde visst det, hadde jeg ikke fått lov til å si det, sier Tomter og ler.

Les også: Lager strøm av vind uten en eneste bevegelig del

Holder ingeniørene i ørene

Han tror imidlertid at det finnes en grense for hvor store turbinene i fremtiden vil bli, og anslår denne grensen til 10 MW.

– Dette er kun et anslag, og slike anslag har tidligere ofte vist seg å bli feil. Men med 10 MW har man sannsynligvis en rotor som er minst 200 meter i diameter. Bladene blir da bortimot 100 meter lange, og blir fort umulige å transportere langs landeveien. I tillegg vil nacellen også få en betydelig vekt, noe som tilsier at turbiner av denne størrelse i første rekke vil være aktuelle offshore, blant annet på grunn av akseltrykket på veiene. Og skal man begynne å gjøre bladene så komplekse at de må monteres sammen, får man sannsynligvis et mye svakere blad som det blir mer arbeid med å vedlikeholde, sier Tomter.

Han understreker at størrelse absolutt ikke er noe mål i seg selv.

– Alt vi snakker om er kun relevant så lenge det bidrar til å redusere kostnaden per produserte kilowattime. Det er ikke snakk om å la ingeniørene få lov å leke seg og se hvor store kunstverk vi kan bygge, om vi da ikke samtidig kan få ned energikostnaden. Det er slike rammebetingelser som gjør at 10 MW kan bli en grense. Når alt kommer til alt, vil dette konvergere på ett eller annet sted, slik det har gjort når det gjelder størrelsen på fly, sier Tomter.

Les også:

Slik skal de utvinne kraft fra varmen i havet

Her er Norges mest produktive vindturbin

Dette blir verdens første havvindturbin for åpen forskning