Permanente magneter volder Vestas problemer i produktionen

Produktion af helt ny generator type med permanente magneter giver Vestas problemer på fabrikken i Travemünde. Og den nye teknologi rummer bestemt udfordringer, siger generator-ekspert.

Knas i indkøringen af Vestas' nye generatorfabrik i Travemünde fik søndag aften Vestas til at nedjustere sine forventninger til 2011-resultatet - og kurserne til at rasle ned mandag.

Generatorerne fra fabrikken er som noget nyt for Vestas udstyret med permanente magneter og skal bruges til Vestas' populære V112 3 MW- mølle og i de opgraderede versioner af virksomhedens 2 MW-modeller.

Derfor har virksomheden besluttet at udskyde en række leverancer af disse mølletyper, primært til Europa.

De nye generatorer, som produceres på fabrikken i Travemünde, skal installeres i Vestas V112, som her ses indefra. Generatoren er placeret uden for billedet, fordi den desværre ikke må fotograferes. (Foto: Sanne Wittrup)

Vestas vil ikke gå i detaljer med, hvilken slags problemer der er tale om, men generatorekspert Asger Bech Abrahamsen fra Risø DTU kalder det 'ikke helt ligetil' at arbejde med disse permanente magneter.

Han vil dog ikke direkte gætte på, hvad problemet kan være på Vestas' fabrik.

Undgår slæberinge

Den nye generator er som nævnt en konventionel generator, hvor man har skiftet spolerne i rotoren ud med permanente magneter.

Det giver en række fordele i produktionen, fordi man undgår at skulle montere en elektrisk forbindelse, lavet med en slæbering, mellem rotor-akslen og generatorhuset. Samtidig giver slæberingen anledning til ekstra vedligeholdelse, når møllen kører.

Asger Bech Abrahamsen forklarer, at man typisk vil købe de permanente magneter umagnetiseret. Hvis de er magnetiserede i forvejen, er de nemlig yderst svære at transportere og arbejde med i praksis, fordi de netop er stærkt magnetiske.

»I stedet skal magneterne magnetiseres på generatorfabrikken enten før eller efter selve montagen, hvilket ikke er helt let og nok en ny proces for Vestas,« siger han.

Må ikke blive for varme

Det næste problem med permanente magneter er, at de ikke må blive varme, for så taber de gradvist magnetismen - og skal gen-magnetiseres.

I praksis må det indre af generatoren derfor ikke kunne blive over 80 grader varm, og derfor er det fuldstændig afgørende med et kølesystem, der fungerer upåklageligt. Man kan dog købe magneter, der er mindre varmefølsomme, men så er de tilsat dysprosium, som er endnu mere sjældent end neodymium.

Trend i hele møllebranchen

Endelig må permanente magneter baseret på sjældne jordarter ikke udsættes for fugt, da de meget nemt korroderer og dermed mister deres magnetiske egenskaber.

»Det er ikke 'bare lige' at arbejde med disse magneter, så der kan sagtens ligge nogle overraskelser og vente i det termiske design eller usikkerheden for korrosion,« siger Asger Bech Abrahamsen.

Ifølge seniorforsker Asger Bech Abrahamsen fra Risø DTU er erstatning af spolerne i rotoren med permanente magneter en trend, som går igen i hele vindmøllebranchen.

»At bruge permanente magneter i generatorerne er helt sikkert en smartere teknologi, hvis man kan få adgang til magneterne til en rimelig pris. Det store diskussionsemne i branchen er, hvor hurtigt generatoren så skal køre, og dermed hvor meget gearing man vil køre med mellem generator og vinger,« siger han.

Fra ingen trin til fire

Han forklarer, at den ene yderlighed for eksempel er Siemens-modellen, hvor man helt eliminerer gearet og anvender en meget stor, langsomtgående generator med masser af permanente magneter.

Vestas, derimod, befinder sig i den anden ende af spektret med en hurtiggående generator med relativt få permanente magneter og en gearkasse med fire trin.

Indimellem er der så fabrikanter, der anvender alle mulige kombinationer med færre geartrin og en langsomtgående generator. Og jo langsommere generatoren kører, des flere af de dyre magneter af sjældne jordarter skal der bruges.

Forskel på 225 kilo

Asger Bech Abrahamsen og hans kollega Bogi B. Jensen fra DTU Elektro har beregnet, at der skal anvendes 250 kg sjældne jordartsmetaller (neodymium) pr. MW-generator til en mølle uden gearkasse og blot 25 kg pr. MW-generator, hvis der sættes en fuld gearkasse ind mellem vinger og generator, som dermed kører hurtigere og bliver mindre.

»Vindmølle-fabrikanterne må hver for sig afveje fordelene ved øget pålidelighed og mindre vedligehold mod usikkerheden omkring pris og leverancer af de permanente magneter, som jo fremstilles af sjældne jordarter, som især Kina sidder på. Hvem der har satset rigtigt, ved vi først om nogle år,« siger Asger Bech Abrahamsen.

Ifølge kommunikationsdirektør Peter Wenzel Kruse er Vestas-fabrikken i Travemünde det eneste sted, hvor Vestas kan fremstille den nye generator-type. Fabrikken er mere automatiseret, end man plejer, hvilket gør, at man ikke bare kan sætte ekstra personer på opgaven for at få flere generatorer igennem.

Emner Vindmøller

Kommentarer (6)

Californiske Molycorp som for tiden er eneste større producent af sjældne jordarter uden for Kina har en række meget informative præsentationer om emnet på deres hjemmeside.

Se http://www.molycorp.com/Resources/Presenta...

For eksempel er priserne for de sjældne jordarter givet på side 23 i denne præsentation.

Se http://www.slideshare.net/fullscreen/molyc...

Her kan man se at neodysium kostede 320 USD per kilo i juni 2011. Prisen på dysprosium er 1520 USD kiloet. Siemens 3MW mølle bruger 750 kg neodysium der koster 320*750 = 240000 USD per mølle hvilket ikke burde være en showstopper for deres teknologi da møllen formentlig sælges for omkring 6 millioner USD.

Det fremgår også af Molycorp's præsentation at de råder over en mine med op til 34 millioner tons af de sjældne jordarter. Se side 16 i den øverste præsentation her

Se http://www.molycorp.com/Resources/Presenta...

Problemet er at de først genstartede produktionen fra denne mine i december 2010 og de skal bruge flere år for at kunne komme op og levere det som verdensmarkedet har brug for (omkring 100,000 tons årligt). Efter 2015 burde der ikke at der længere vil være mangel på de sjældne jordarter globalt så der er ikke megen grund til at udvikle alternative løsninger der ikke bruger permanente magneter.

  • 0
  • 0

250 kg magneter pr MW lyder lavt for direct drive generatorer. Hidtil i debatten har 600 kg pr MW været normen.

Hvad skyldes forskellen?

  • 0
  • 0

Ja, men i Siemens gearløse tilfælde da tror jeg ikke at der er brug for dysprosium overhoved da magneterne er meget store og sidder og roterer på ydersiden af møllehuset. De bør let kunne holdes under 80 grader. Det er værre med en gearet mølle hvor der bør være meget større varmeudvikling i den kompakte generator. Her tror jeg måske nok at det kan være nødvendigt at bruge magneter med dysprosium og det kunne derfor være interessant at få et estimat over hvor meget der bruges af dette stof hvis det da overhoved er nødvendigt.

  • 0
  • 0

Jeg tror nu ikke, at det er pga. slæberinge, at der forskes i at benytte permanentemagneter til magnetisering istedet for en viklet rotor. F.eks. de fleste synkrongeneratorer, der benyttes i kraftværker, har ikke slæberinge. Istedet benyttes en roterende transformer også kaldet en magnetiseringsmaskine, hvor primærsiden af transformeren er monteret på statoren af generatoren, og sekundærsiden er monteret på rotoren af generatoren. Sekundærsiden er forbundet til magnetiseringviklingen via en ensretterbro (dvs. ensretterbroen, som består af dioder roterer også). Magnetiseringsstrømmen styres ved at varierer en vekselspændingen på primærsiden af transformeren.
Den største fordel ved at benytte permanentemagneter er at tabene reduceres, da der ikke er nogen magnetiseringstab (kobbertab i magnetiseringsviklingen). Det har stor betydning for vindmøllegeneratorer, da de stortset altid kører ved dellast.

  • 0
  • 0