Gearløs vindmølle gør Siemens sårbar over for høj pris på sjældent metal

Rettet: Mangel på metallet neodymium kan hindre udviklingen mod større vindmøller, især de nye uden gear, som eksempelvis Siemens satser på. 97 procent af verdens neodymium kommer fra kineserne, og de er selv begyndt at få heftigt brug for metallet. Men dansk lektor opfordrer til at grave efter metallet på Grønland.

Den danske vindmølleproducent Siemens er med sin nyeste gearløse vindmølle-type blevet følsom over for prisudsving på markedet for sjældne metaller.

Grundstoffer som neodymium skal nemlig bruges i tonsvis til hver enkelt af de gearløse møller, og neodymium-markedet domineres fuldstændigt af Kina, der for nylig har haft et eksportstop for neodymium til Japan, der har givet nervøsitet i flere lande, som skal bruge grundstoffet i elindustrien. USA overvejer at genåbne gamle miner for en sikkerheds skyld og for at undgå en ny afhængighed af andre lande.

Problemet er, at 97 procent af verdens neodymium og andre sjældne jordarter, som er vigtige for greentech-industrien, i dag kommer fra Kina. Og kineserne er selv begyndt at få brug for stofferne, blandt andet til deres eget, stærkt voksende hjemmemarked for vindmøller. For slet ikke at tale om de kommende elbiler, der både skal bruge neodymium til motorerne og lanthan til batterierne.

Afhængigheden af Kina bliver betydningsfuld for den store danske mølleindustri i fremtiden, hvis prisen på neodymium begynder at stige kraftigt, eller hvis man i perioder slet ikke kan købe det. Neodymium-magneter bruges i generatorer med permanente magneter, det vil sige de nyeste og mest effektive slags vindmøllegeneratorer.

Analytiker Birger T. Madsen, BTM-consult, som holder dagligt øje med den danske møllebranche, siger:

»Da man er på vej til en større anvendelse af perma-magnet generatorer, så vil prisudsving på neodymium-markedet få en større betydning, specielt for de meget store generatorer med direct drive koncepter. Og selv hvis prisstigninger kan klares, så bliver det selvfølgelig afgørende, hvis man slet ikke kan skaffe stoffet. Men med det produktprogram, som fortrinsvis udbydes fra de danske mølleproducenter i øjeblikket, er de ikke så følsomme overfor prisstigninger på neodymium lige nu.«

Generator/elmotor-specialist Peter Omand Rasmussen, som er lektor på Aalborg Universitet, siger:

»I det spil er der en væsentlig forskel på, om man konstruerer med gear eller ej. Siemens nyeste direct-drive vindmølle, som ikke har gear, bruger cirka 2 tons neodymium-magneter i generatoren. Til forskel fra Siemens har Vestas' nyeste vindmølle en gearkasse og en hurtigere roterende generator, som kun har brug for henved en tiendedel af den neodymium, som Siemens skal bruge.«

Han gør opmærksom på, at en anden vindmølleproducent, tyske Enercon, som i lighed med Siemens har gearløse vindmøller på programmet, slet ikke bruger permanentmagneter. Til gengæld er deres generatorer meget store, faktisk så store, at det kan være et problem at fragte dem rundt på vejene.

Ingeniøren har forsøgt at få en kommentar fra Siemens, men det er ikke lykkedes.

Lektor: Grav efter de sjældne metaller på Grønland

Producenternes eksisterende mølletyper bruger de klassiske asynkronmotorer, som ikke har permanent-magneter. Men det går ikke, når møllerne bliver meget større, sådan som det er tidens trend.

»I store generatorer har det ikke en voldsomt stor betydning for energieffektiviteten, om man bruger asynkrongeneratorer eller perma-magneter. De typiske asynkrone har en effektivitet på cirka 96 procent, mens de nye med perma-magneter kommer op på 97-98 procent. Det er ikke den store forskel. Fidusen ved permamagneter er, at generatoren kan gøres meget kompakt,« siger Peter Omand Rasmussen.

Og dermed påvirker valget af generatortype - med eller uden neodymium-magneter - hvor store møllerne kan blive. For de tungeste generatorer belaster mølletårnet voldsomt, når vinden rusker. Men hvis vægten og rumfanget kan gøres mindre, kan møllerne blive tilsvarende større. Derfor er vejen til større møller belagt med neodymium-magneter.

»Jeg synes jo, at det kunne være rigtig interessant som energiproducerende land at se på, hvad vi har i vores eget kongerige. Der er jo nogle store forekomster af de sjældne jordarter på Grønland, som ikke udvindes i øjeblikket,« siger han.

Neodymium-løse generatorer kan vende tilbage

Japanske forskere har offentliggjort for nylig, at de arbejder med en ny generatortype, hvor de vender tilbage til magneter uden neodymium. Altså ikke de gammelkendte asynkrongeneratorer, som er magnetløse, men en helt ny konstruktion med billige ferrit-magneter.

Lignende ideer har danske forskere også arbejdet med tidligere, før neodymium-magneterne holdt deres store indtog i industrien.

»For cirka 10 år siden forskede vi i en motortype, som kaldes switched reluctance motoren, der har en bedre virkningsgrad end asynkronmotorer, men ikke så høj som perma-magnet motorer. Momenttætheden var heller ikke så høj. Men hvis magneterne bliver meget dyre, fordi alle skal bruge dem til vindmøller, elbiler og hybridbiler, så kan det da være, man vender tilbage til den gammelkendte teknologi. Bilfirmaet Tesla har jo gjort det, angiveligt fordi de ikke vil være afhængige af neodymium-markedet.«

Peter Omand Rasmussen kender lidt til den japanske forskning med ferrit-magneter som erstatning for neodymium. For japanerne har snakket om det i et par år.

»Man kan koncentrere flux'en, også med ferritmagneter, så de faktisk kan blive lige så kraftige som neodymium-magneter, men det kræver typisk, at der er noget mere plads til rådighed. Der er flere måder at gøre det på. Det er mest noget med at indlejre magneterne i noget jern, som bygges op på en særlig måde, billedligt talt som en tragt. Den slags har vi også kikket en del på,« siger han.

Så hvis man bad jer om at konstruere nye generatorer uden neodymium, så kunne I godt begynde på det?

»Det kunne vi, men jeg tror, det ville komme til at veje mere og fylde mere.«

Rettelse: Peter Omand Rasmussen sagde ikke i telefoninterviewet, at Siemens bruger cirka 20 tons neodymium i den nyeste, gearløse vindmølle med permanente magneter, men derimod 2 tons. Det er stadig korrekt citeret, at Vestas bruger henved en tiendedel, altså et par hundrede kilo, i sin nyeste vindmølle med permanente magneter.

Kommentarer (24)

For noget tid siden læste jeg om en mølle med hydraulisk kraftoverføring til en generator der stod i bunden af tårnet. Jeg bliver mere og mere overbevist om at det er vejen frem, for at undgå mange af de problemer man ser i dag.

Henrik

  • 0
  • 0

Ja, enten hydraulisk overføring af energien til generator i bunden af tårnet...
- eller et solidt vinkel gear i toppen, og en solid aksel ned til generatoren. Evt. med en "svag" udveksling, (f.eks. 1:3) i toppen. Derved kan generatoren gøres mindre og billigere. - Uden brug af neodym (det hedder det på dansk?).
Er det forsøgt - eller blot vurderet?

  • 0
  • 0

Er der ikke for meget tab i dette og for høj temperatur ?
Det ville vel have samme virkningsgrad, som et akseldrevet (vinkelgear med kron- og spidshjul i møllehatten) system, hvor generatoren stod lodret monteret i bunden af møllen.

  • 0
  • 0

Ja, enten hydraulisk overføring af energien til generator i bunden af tårnet...
- eller et solidt vinkel gear i toppen, og en solid aksel ned til generatoren. Evt. med en "svag" udveksling, (f.eks. 1:3) i toppen. Derved kan generatoren gøres mindre og billigere. - Uden brug af neodym (det hedder det på dansk?).
Er det forsøgt - eller blot vurderet?

  • 0
  • 0

Priserne på de sjældne jordarter er steget så meget de seneste år at miner udenfor Kina er ved at åbne op igen. Se listen nedenfor.

USA: http://en.wikipedia.org/wiki/Mountain_Pass...
Australien: http://en.wikipedia.org/wiki/Mount_Weld
Indien og Vietnam: http://www.greencarcongress.com/2008/12/re...
General oversigt: http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_el...

Desuden er der nye permanente magneter på vej fra General Electric der efter sigende kan reducere brugen af neodymium med 80% og oven i købet kan øge styrken af magneterne til 80 MGOe hvilke formentlig er det dobbelte af de magneter som Simens vil bruge i deres nye 3MW gearløse mølle.

http://www.greencarcongress.com/2010/09/ar...

  • 0
  • 0

Ja, en gang til - for prins Knud.....
Mit indlæg blev gentaget, da jeg blot ville ændre "vinkel gear" til "vinkelgear"!
- Men så vil jeg benytte lejligheden til at tilføje, at hvis Klimakommissionens vildt optimistiske vurdering af prisen for vindmøllestrøm i fremtiden (ca. 40-50 øre(kWh), skal opfyldes, så skal der rationaliseres gevaldigt i alle led.
Se f.eks. på www.reo.dk under "Nyheder".

  • 0
  • 0

Desuden er der nye permanente magneter på vej fra General Electric der efter sigende kan reducere brugen af neodymium med 80%

Japanerne har også fundet en løsning, kan ikke pt hitte det oprindelige link men her er lidt:

The new technology will help Japanese companies who currently depend on Chinese imports for the vast majority of their rare earth metals. Since this summer, Japana has been hobbled by an inconsistent supply as China curbed exports of the vital materials.

The materials used to make regular magnets can be obtained cheaply and easily, "If we can make practical use of this technology, any worry over the supply of materials for magnets disappears," said Hokkaido University assistant professor Masatsugu Takemoto of the new motor, in a statement.

http://www.eetimes.com/electronics-news/42...

  • 0
  • 0

For et par år siden kom vi frem til hvorfor man ikke med fordel kunne anvende et vinkelgear og en aksel til bunden af tårnet på en moderne vindmølle.

Man har tidligere på gårdmøller og de gamle firevingede trævindmøller haft lodrette aksler, men der glemmes at deres ydelser var på max 30 kW ( 14-15kW var mere almindeligt) før end de blev afkrøjede.
En 3MW har 100 gange større effekt end de gamle. Man mente sådan som jeg husker det at akslen ville blive for tung og den ville virke som en torsionsfjeder hvor reaktionen ville blive en torsion i tårnet ifald der skete havari i et leje. Dette kan der selvfølgeligt dimensioneres for, men det medfører en fordyrelse af tårnet.

En hydraulisk løsning er nok at foretrække, Når møllerne bliver rigtigt store selv om tabet her er væsentligt større end ved den direkte drevne generator

  • 0
  • 0

Neodymium koster lige nu 80000 USD per ton ren neodymium see http://www.metal-pages.com/metalprices/neo...

Før 2003 var prisen 7000 USD per ton fra de (den) kinesiske miner og det tog livet af alle andre miner globalt. For historiske priser se http://www.mceproducts.com/public/public/W...

Den globale produktion af neodymium var kun på 7000 tons årligt i 2004 og de nuværende kendte reserver er på 8 millioner tons se http://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium#Occ...

Der er altså rigeligt med neodymium til alverdens vindmøller så vi skal bare have gang i nogle flere og større miner uden for Kina og det skal de nuværende priser på neodymium nok sørge for kommer til at ske.

Den globale årlige produktion af neodymium magneter er cirka 50000 tons se http://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium_mag...

Hvis Siemens bruger 20 tons neodymium magneter i deres nye 3MW gearløse turbine bliver et meget groft skøn at der skal bruges (7/50)20 = 7 tons ren neodymium i deres nye mølle til en pris på 780000 = 0.56 million USD. Deres 3MW koster formentlig 4 millioner USD stykket så råstofudgiftsprocenten til neodymium per mølle udgør altså for tiden 19%.

Siemens nye 3MW gearløse design med roterende neodymium magneter der inducerer strømmen i stator er et genialt design fordi det er meget lettere og mere kompakt end det er muligt med Enercons gearløse møller uden permanente magneter. Siemens 3MW nacelle vejer kun 73 tons heraf altså 20 tons magneter og har en diameter på 4.2 meter hvilket gør at den kan fragtes under broer ved transporten til kunden se http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/p...

Jeg gætter på at Enercons 3MW gearløse mølle vejer det dobbelte omkring 140 tons og har en diameter på 7 meter hvilke umuliggør fragt i samlet tilstand under broer.

Siemens gearløse design kan forbedres yderligere når vi finder ud af at lave endnu kraftige permanente magneter (se http://www.greencarcongress.com/2010/09/ar... ) og stator kan bruge superledende teknologi der vil muliggøre en endnu mere kompakt og let turbine med minimum 99% effektivitet. En superledende stator vil også eliminere problemet med termisk slitage i generatoren da temperaturen holdes konstant så generatoren vil kunne holde umådeligt længe minimum 50 år eller det dobbelte af levetiden for de nuværende generatorer.

  • 0
  • 0

Er der ikke en risiko for at noget bliver SPRÆNGT eller SPRUNGET, hvis man fjerner alt fra NACELLEN, så der kun er lejer - krøjesystem - bremsesystem og hydraulikpumpe tilbage deroppe, og som ikke skal bære generatorvægten.

Hvor mange procent tab af noget "GRATIS" afsættes i enten vinkelgear eller hydraulikpumpe/transmission/motor.

Det bliver billigere at montere generatorsystemet i bunden.
Montagekranen kan være mindre.
Servicering bliver nemmere og meget billigere.
"Generator"reservedele med større valgfrihed.

Den dér med generatoren kan måske klares med en moderne synkrongenerator, hvis man laver et hydraulisk gearsystem med kontinuerlig regulering. Det burde sikkert kunne klares ligesom i dieselbrændstofpumpereguleringen, eller ved forskydning af "knastakslen". (Den er lige hevet op af lommen!).
Så er vi lige pludselig sluppet af med en masse problemer der koster spidsen af en jetjager. Behøver der være raketforskning i dimserne?

Man kunne eventuelt gå over til at benytte en god gammeldags DC-generator, hvis det hele alligevel skal jages gennem en HVDC enhed for at komme i land. Den er jo nem at sevicere og vedligeholde når man kan blive i "stuen". Sejl ud og hop på møllen og tittekigge på generatoren (eller dynamoen) og så ombord igen.

  • 0
  • 0

......er vinden ganske rigtigt Erik Nørgård, men for at få den samme effekt skal hydraulikmøllen givet være en del større :o)

Men rigtigt vinden er gratis, men ikke gratis at omsætte. Den kræver møller,transmissionsnet og en back up til vindstille.

  • 0
  • 0

Beklager jeg har lavet en regnefejl i ovenstående. Skulle have skrevet ” Hvis Siemens bruger 20 tons neodymium magneter i deres nye 3MW gearløse turbine bliver et meget groft skøn at der skal bruges (7/50)20 = 2.8 tons ren neodymium i deres nye mølle til en pris på 2.880000 = 0.224 million USD. Deres 3MW koster formentlig 4 millioner USD stykket så råstofudgiftsprocenten til neodymium per mølle udgør altså for tiden 5.6%.”

Det lyder også mere rimeligt kunne ikke helt tro min førte beregning.

  • 0
  • 0

Med hensyn til en lodret aksel, som naturligvis skal udformes som et rør, der støttes af lejer nogle steder ned gennem tårnet.....
Så er momenter med "kort arm" som bekendt billigere og simplere at overføre end f.eks. vingernes moment, hvor armen efterhånden er op pe på 40 meter!!
Jeg har f.eks. stået inde i en vandturbine med lodret aksel. Den overførte vel 1-2 MW, men var godt nok meget kortere.
Så skrev en om det store moment, der vrider tårnet.....
Jamen halløjsa... Møllehatten skal nu optage hele rotorens drejningsmoment og overføre det til tårnet, som derfor står som en stor spændt bue i kraftig blæst.
Men jeg indrømmer, at elasticiteten i et 60-70 meter langt rør vil give nogle "bløde svingninger", som jeg dog ikke mener er katastrofale.
Men kloge hoveder har jo nok overvejet denne løsning....?

  • 0
  • 0

......lodret over turbinen befandt generatoren sig og akslen var nok af en dimension der normalt ikke forefindes i 50 meters længder som du antyder.

Jeg tror, at prisen på en sådan basse ville umuliggøre vindkraft forever.
Jævnfør priser på skibsskrueaksler der kører mindst 3 gange hurtigere end møller for at levere varen.

Man er så også ligevidt hvis man vil "ned" i den slags dimensioner, for så skal man alligevel have en gearkasse for at komme op i omdrejninger, oppe i møllehatten.

Jeg tror derfor at du har ret i Holger at der er regnet på det :o)

Når tårnet bøjer er det ikke drejningsmomentet, men opdriften fra rotoren der er af en ganske betragtelig størrelse. Tegn et kraftparalellogram og bliv overrasket ;o)

  • 0
  • 0

Bjarke: Analogien til skibsaksler var fin, men det bestyrker jo mig i muligheden for en aksel ned gennem tårnet!
Opdrift fra rotoren? - Mystisk, der er ingen opdrift, men tvært imod en nedadrettet kraft på mange "ton", som sammen med nacellens masse giver en solid kraft nedad, som er et mindre problem end det nævnte meget store moment fra rotoren, der påvirker både nacellen og tårnet.
Og så kommer der i tilgift et moment på nasellen, når møllen krøjes. Nogle kalder det "aksestivhed". - Det minimerer man ved at lade den krøje tilpas langsomt. - Ellers knækkes hele nacellen nemlig af!
- Jo, der er meget fysik i det!

  • 0
  • 0

Ned gennem tårnet kunne f.eks. laves af de samme rør. som man bruger til at bore efter olie med.
De kan tåle et enormt vrid og meget høje belastninger, og kan samles i sektioner.

Så er det bae kron og spidshjul i begge ender og voila?

  • 0
  • 0

......danner alle profiler der bevæger sig gennem i et fluidum, vædske eller luft. Det er komposanten derfra der projiceres ind på rotor planet og giver det moment der drejer rotoren rundt.

Det er denne "opdrift" der bøjer vingerne, når de kører !

Hvis en vinge på 50 meters længde bevæges rundt i en cirkel på 2 sek, vil tippen have en tiphastighed på 540km/timen hviket vil give en ret så kraftig opdrift eller Lift om du vil.

"Opdriften" fra en rotor med lodret rotorplan er selvfølgelig vinkelret på dette og i møllers tilfælde rettet bagud og leverer et moment der ville "bøje" tårnet bagover, Men nok nærmest hjælper med til at "bære " den eccentriske last rotoren udgør på tårnet, der som du selv nævner er på ret så mange ton.

  • 0
  • 0

Bjarke: OK, jeg var bange for, at din "opdrift" fra vingerne gik opad!
Men helt perfekt: Møllen påvirkes både af en kraft bagud, en nedad og et moment, der forsøger at vride nacellen af (!) og som bøjer tårnet en smule.
Tårnet påvirkes altså både bagud og nedad, og af et moment, som det naturligvis er dimensioneret til at kunne modstå, og som også fundamentet skal kunne optage.

  • 0
  • 0

Hvis solenergi, vindenergi og elbiler bruger råstoffer som har kortere levetid end e.g. kul eller naturgas, er de så bæredygtige?

Man kan selvf. genanvende en bestemt %-del af metallerne, men slet ikke alt.

  • 0
  • 0

Ups - Det ser ud til at Kinesiske 'Rare Earth's er blevet lige så dyre som Russisk Hvede:

HONG KONG — China, which has been blocking shipments of crucial minerals to Japan for the last month, has now quietly halted some shipments of those materials to the United States and Europe, three industry officials said this week.

http://www.nytimes.com/2010/10/20/business...

"Vi" har nok trykt for mange penge de sidste 10 år; andre folk er ikke længere helt så villige til at acceptere penge i bytte for råvarer som de selv behøver.

  • 0
  • 0

Ville der mon ikke være noget at hente, ved at bruge en god gammeldags krumtap, evt med flere plejlstænger, der så kunne neutralisere reaktionskræfterne?
Det skulle da kunne overgå effektiviteten ved kron og spidshjul...?

Og så bliver jeg nysgerrig, hvor meget bedre en generator med neodynium magneter ville være, hvis de ovennævnte teknikker til forbedring af generatorer med alm. magneter, blev anvendt til en supergenerator...;-)

  • 0
  • 0

Brødteksten i artiklen sagde tidligere "20 tons neodymium-magneter"
og nu rettet til "2 tons neodymium-magneter"
mens rettelsen siger
"Rettelse: Peter Omand Rasmussen sagde ikke i telefoninterviewet, at Siemens bruger cirka 20 tons neodymium i den nyeste, gearløse vindmølle med permanente magneter, men derimod 2 tons. Det er stadig korrekt citeret, at Vestas bruger henved en tiendedel, altså et par hundrede kilo, i sin nyeste vindmølle med permanente magneter."

Teksten synes uklar selv efter rettelsen - hvor meget vejer magneterne ialt, hvor stor en del udgør neodymium'et, og hvor meget neodymium er der i generatoren ? Er der 2 tons magneter ialt, eller 2 tons neodymium i flere tons magneter?

  • 0
  • 0