Windenergie: Wie man Elektrizität durch Magneten erhält

Effizientere Nutzung von Windenergie

Bedingt durch die Endlichkeit der fossilen Energieträger sowie durch gefährliche Reaktorzwischenfälle im Bereich der Kernenergie hat die Nutzung der Windenergie eine neue Aktualität erfahren. Durch die von vielen als notwendig erachtete Energiewende kommt der Windenergie als eine wesentliche Säule der erneuerbaren Energien eine zunehmende Bedeutung zu. Prinzipiell geht es darum, dass ein Windrad die kinetische Energie des Windes verringert und dabei diese Verringerung in einem Generator in elektrische Energie umsetzt. Der Wind stellt eine sehr umweltfreundliche Energieform dar, die durch die Temperaturunterschiede von Tag und Nacht sowie durch wetterbedingte Turbulenzen in der Atmosphäre relativ häufig, wenn auch in unterschiedlicher Stärke zur Verfügung steht. 

Potentialsteigerung durch Neodym Magnete und Ferrit Magnete

Findet zwischen einem Magnetfeld und einem sich in ihm befindenden elektrischen Leiter eine Relativbewegung statt, fließt in dem Leiter bei geschlossenem Stromkreis ein elektrischer Strom. Die dabei entstehende Spannung und Stromstärke ist abhängig von der Geschwindigkeit der Relativbewegung und von der Stärke des Magnetfeldes. Es ist leicht einzusehen, dass bei einem schwächeren Magnetfeld eine höhere Geschwindigkeit dieser Relativbewegung des Leiters notwendig ist, um eine wirtschaftliche, elektrische Leistung der Windkraftanlage zu erhalten. Diese notwendige Geschwindigkeitssteigerung erreicht man bei herkömmlichen Windkraftanlagen durch ein Getriebe, welches zwischen Windrotor und Generator geschaltet wird. Je größer die Übersetzung dieses Getriebes ist, umso höher werden auch dessen mechanische Verluste, was wiederum den Gesamtwirkungsgrad der Windkraftanlage verringert. Daher geht das Bestreben dahin, die Übersetzung des Getriebes möglichst klein zu halten, vielleicht sogar ganz ohne Getriebe auszukommen. Dies erfordert dann natürlich die Bereitstellung eines möglichst starken Magnetfeldes im Generator. Von allen heute bekannten Magnetmaterialien sind Neodym Magnete diejenigen, die das stärkste Magnetfeld erzeugen können.

Optimale Magnete zur Energieumsetzung in Elektrizität

Herkömmliche Windkraftanlagen arbeiten mit Propellerdrehzahlen von 10 bis 12 U/min. Der Induktionsgenerator benötigt jedoch eine Drehzahl von 1800 U/min. Die erforderliche Getriebeübersetzung wird mit einem 3-Gang-Getriebe bewekstelligt. Um die als notwendig erachtete Energiewende voranzutreiben, ist auch die Suche nach Optimierungsmöglichkeiten für neuere Windkraftanlagen intensiviert worden. Dabei verwendet man verstärkt Neodym Magnete und Ferrit Magnete, da der Einsatz von Dauermagneten eine höhere Energieeffizienz verspricht. Die Rotoren von Permanentmagnetgeneratoren (PM-Generatoren) müssen zwangsläufig im Durchmesser größer ausgeführt werden, um eine höhere Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen. Außerdem muss eine große Anzahl von Dauermagneten am Umfang installiert werden. Dafür kann jedoch, zumindest beim Direktantriebsgenerator, auf das Getriebe verzichtet werden. Bei einer weiteren Versuchsvariante mit Hybridantrieb, welches mit einem 2-Stufen-Getriebe arbeitet, kann der Bedarf an Permanentmagneten reduziert werden.

Eine wesentliche Kennzahl für die spezifische Leistungsfähigkeit von Windkraftanlagen ist die so genannte Magnetnutzung, welche die verwendete Magnetmasse in kg pro MW erzeugte Leistung beinhaltet. Bei älteren Windkraftanlagen von bis zu 4 MW Leistung beträgt diese Magnetnutzung ca. 600 kg pro MW-Leistung. Bei neueren Anlagen mit einer Leistung von 5 MW liegt dieser Wert bei ca. 500 kg pro MW-Leistung. Durch diese Konstellationen ist es möglich, auch bei kleineren Windgeschwindigkeiten eine wirtschaftliche Leistung der Windkraftanlage zu erhalten. 

Fazit

Die Entwicklung von Windkraftanlagen hat aus Gründen des Umweltschutzes und auch, um dem weltweiten Klimawandel entgegenzusteuern, einen weitreichenden Aufschwung erlebt, der auch von staatlicher Seite gefördert wird. Bei der Optimierung von Windkraftanlagen spielt zunehmend der Einsatz von leistungsstarken Permanentmagneten eine maßgebende Rolle. Sofern Sie als Interessent noch mehr Informationen bezüglich Magneteigenschaften benötigen, zögern Sie nicht, mit IMA Kontakt aufzunehmen.