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

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