English: Asynchronous machine / Español: Máquina asíncrona / Português: Máquina assíncrona / Français: Machine asynchrone / Italiano: Macchina asincrona

Asynchronmaschine im Windkraftkontext ist ein Elektromotor oder Generator, der häufig in Windkraftanlagen verwendet wird, um die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln. Im Vergleich zu Synchronmaschinen laufen Asynchronmaschinen (auch als Induktionsmaschinen bekannt) nicht synchron zur Netzfrequenz, sondern leicht versetzt, was sie besonders flexibel und robust für den Einsatz in Windkraftanlagen macht.

Allgemeine Beschreibung

Asynchronmaschinen sind eine der gängigsten Maschinentypen, die in der Windenergieerzeugung eingesetzt werden, insbesondere in Onshore-Windkraftanlagen. Diese Maschinen arbeiten als Induktionsgeneratoren, bei denen der Rotor leicht hinter der Drehfeldgeschwindigkeit des Stators "nachläuft". Diese Differenz wird als Schlupf bezeichnet und ermöglicht es der Maschine, die Geschwindigkeit in einem bestimmten Bereich zu variieren, was besonders vorteilhaft für Windkraftanlagen ist, die je nach Windgeschwindigkeit unterschiedliche Drehzahlen erfordern.

Es gibt zwei Haupttypen von Asynchronmaschinen, die in Windkraftanlagen verwendet werden:

1. Käfigläufer-Asynchronmaschine: Diese einfache und robuste Bauweise ist wartungsarm und kostengünstig, jedoch nicht ideal für Anwendungen, die eine variable Drehzahl erfordern, da sie ohne zusätzliche Einrichtungen keine direkte Kontrolle über die Rotorstromkreise bietet.

2. Doppelt gespeiste Asynchronmaschine (Doubly Fed Induction Generator, DFIG): Diese Version erlaubt eine variable Drehzahl des Rotors und ermöglicht eine bessere Steuerung der Leistung und Frequenz des erzeugten Stroms. Sie ist besonders beliebt in modernen Windkraftanlagen, da sie es ermöglicht, die Anlage optimal an wechselnde Windbedingungen anzupassen und die Effizienz zu maximieren.

Asynchronmaschinen sind besonders wegen ihrer Robustheit und Kosteneffizienz in Windkraftanlagen beliebt. Sie können auch Lastspitzen abfangen und sind weniger empfindlich gegenüber Spannungsschwankungen, was die Gesamtstabilität der Anlage verbessert.

Anwendungsbereiche

• Onshore-Windkraftanlagen: Weit verbreitet in vielen Windkraftanlagen an Land, da Asynchronmaschinen eine kostengünstige und zuverlässige Lösung bieten.

• Variable Drehzahlregelung: Die doppelt gespeisten Asynchronmaschinen (DFIG) erlauben eine variable Drehzahlregelung, die es ermöglicht, die Leistung der Windkraftanlage bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten zu optimieren.

• Leistungsfaktorregelung: Asynchronmaschinen können verwendet werden, um den Leistungsfaktor einer Windkraftanlage zu steuern und somit die Qualität der gelieferten elektrischen Energie zu verbessern.

• Netzstabilität: Die Fähigkeit von Asynchronmaschinen, Spannungsschwankungen und Netzstörungen abzufedern, trägt zur Stabilität des elektrischen Netzes bei.

Bekannte Beispiele

• Einsatz in Windparks: In zahlreichen Windparks weltweit, darunter große Projekte in Europa und den USA, werden Asynchronmaschinen eingesetzt, um die Energieeffizienz zu steigern und die Anlagen an unterschiedliche Windbedingungen anzupassen.

• Anwendungen mit DFIG: Moderne Windkraftanlagen von Herstellern wie Siemens Gamesa und GE verwenden häufig doppelt gespeiste Asynchronmaschinen, um die Flexibilität und Effizienz der Energieerzeugung zu maximieren.

• Hybrid-Windkraftanlagen: In einigen Hybridlösungen, die sowohl erneuerbare Energiequellen als auch konventionelle Technologien kombinieren, werden Asynchronmaschinen verwendet, um die Integration in bestehende Netze zu erleichtern.

Behandlung und Risiken

Obwohl Asynchronmaschinen in Windkraftanlagen viele Vorteile bieten, gibt es auch Herausforderungen und Risiken, die berücksichtigt werden müssen:

• Schlupfverlust: Da Asynchronmaschinen nicht synchron mit der Netzfrequenz laufen, gibt es einen gewissen Energieverlust durch den Schlupf, was die Effizienz im Vergleich zu Synchronmaschinen leicht reduziert.

• Komplexität der Steuerung: Insbesondere bei doppelt gespeisten Asynchronmaschinen ist die Steuerung komplexer und erfordert zusätzliche Leistungselektronik, was die Kosten und den Wartungsaufwand erhöhen kann.

• Reaktive Leistung: Asynchronmaschinen benötigen reaktive Leistung für den Betrieb, was bei unzureichender Kompensation zu Problemen im Netzbetrieb führen kann.

• Anfälligkeit gegenüber Netzstörungen: Während Asynchronmaschinen stabiler auf Spannungsschwankungen reagieren, können Netzstörungen dennoch die Leistung beeinträchtigen, insbesondere wenn die Maschinen nicht korrekt geregelt sind.

Ähnliche Begriffe

• Synchronmaschine: Ein Generator oder Motor, der synchron zur Netzfrequenz läuft und oft in Kraftwerken eingesetzt wird, aber auch in einigen modernen Windkraftanlagen Verwendung findet.

• Doubly Fed Induction Generator (DFIG): Ein spezieller Typ der Asynchronmaschine, der in Windkraftanlagen für die variable Drehzahlregelung und die Optimierung der Leistungsausgabe eingesetzt wird.

• Schlupf: Der Unterschied zwischen der Drehzahl des Rotors und der Synchronfrequenz des Stators in einer Asynchronmaschine.

• Leistungselektronik: Elektronische Komponenten, die zur Steuerung und Umwandlung von elektrischer Leistung eingesetzt werden, besonders wichtig in modernen Windkraftanlagen mit Asynchronmaschinen.

Zusammenfassung

Asynchronmaschinen, insbesondere die doppelt gespeisten Asynchronmaschinen (DFIG), sind weit verbreitete Generatoren in Windkraftanlagen. Sie bieten Flexibilität bei der Drehzahlregelung, Robustheit und Kosteneffizienz, was sie zu einer bevorzugten Wahl in der Windenergieerzeugung macht. Durch ihre Fähigkeit, sich an variable Windbedingungen anzupassen, tragen sie wesentlich zur Effizienz und Stabilität von Windkraftanlagen bei. Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Optimierung dieser Technologie spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der Windkraft als eine der führenden erneuerbaren Energiequellen weltweit.

--