Møllefabrikanter: Nu er det slut med gearkasserne

I mange år har verdens vindmøllefabrikanter - med tyske Enercon som en original afvigelse - foretrukket og forsvaret et design, hvor kraften fra vingerne blev overført via en hovedaksel og en gearkasse ind i en hurtigtkørende generator. Det var en pålidelig, kendt og optimeret konstruktion.

Men lige nu foregår der en markant bevægelse i branchen væk fra en gearløsning og over mod et design, hvor vingerne trækker direkte på en aksel og ind i en langsomtgående generator, udstyret med permanente magneter. En udvikling, som er trukket af ønsket om større møller og enklere konstruktioner med færre komponenter - især til vindmøller langt til havs. Og så også af et ønske om at undgå gearkassekomponenten, som ofte har voldt problemer.

Af de større spillere på markedet har Enercon, kinesiske Goldwind og Dongfang, GE Wind og tysk/danske Siemens allerede gearløse - også kaldet direct drive - typer ude til kommercielt salg onshore. Faktisk udgjorde de gearløse typer næsten 18 pct. af verdenssalget i 2010.

Omvendt har markedets største spiller, Vestas, lige meldt ud - kort før avisens deadline - at man holder fast ved gear-modellen i sin nye 7 MW offshoremølle. Nærmere beskrivelse af denne mølle kan læses på ing.dk.

Som nævnt har Enercon hele tiden kørt sin egen vej og uden gear - men til gengæld med en meget stor og tung ring-generator, der giver mølletoppen et særligt rundt udseende. Og netop vægten af generatoren ved en gearløs mølle nævnes som en af hovedudfordringerne ved den gearløse teknologi.

Ved et design uden gear kræves nemlig, at generatoren kører med samme lave omdrejningstal som rotoren. Det betyder, at man behøver en generator med mange poler, og ifølge BTM Consult giver det en diameter på generatoren på op mod 4-6 meter til en mølletype i MW-klassen.

Hovedudfordring løst

Denne udfordring ser dog ud til at være løst af Siemens Wind Power, idet deres nye gearløse 3 MW mølle faktisk vejer mindre end Siemens konventionelle 2,3 MW type. Et design, som vækker stor respekt i branchen.

Teknologichef Henrik Stiesdal fra Siemens Wind Power forklarer, at det først og fremmest er 'det omvendte generator-design', der har givet pote rent vægtmæssigt. I Siemensgeneratoren er statoren nemlig anbragt på indersiden af rotoren, hvilket er en teknologi, som kendes fra tromlemotorer. På vindmøllen indebærer denne teknologi, at den totale diameter på generatoren reduceres fra 5 meter til 4,2 meter ved samme luftspalte-diameter og drejningsmoment.

»Vi besluttede os meget målrettet for, at vi ville bryde myten om, at direct drive møller er alt for tunge og dyre. Og heldigvis viste det sig undervejs, at vi godt kunne løse opgaven. Men løsningerne viste sig først efterhånden som vi arbejdede os ned i designet,« siger Henrik Stiesdal.

Han tilføjer, at for Siemens er der ingen tvivl om, at man på langt sigt skal af med gearet i et offshore- design, så der er i virkeligheden kun én vej for udviklerne.

Gearløsning mest økonomisk

Men konstruktioner med gear er absolut ikke dømt ude. I hvertfald ikke af konsulentfirmaet Make.

Her forklarer chefteknologirådgiver Steffen Sørensen, at man har kigget på økonomien i de to koncepter og fundet frem til, at det indtil videre stadig er billigere at bygge en mølle med gear - alt medregnet. Men Steffen Sørensen peger også på, at det udslagsgivende for valg af teknologi - ud over kostprisen - i lige så høj grad er kundens vurdering af levetidsomkostninger og risici ved investeringen:

»Ved offshoreinvesteringer bliver det væsentligt, hvor godt leverandøren kan dokumentere, at gearkasseproblemer er fortid eller for den gearløse teknologis vedkommende, at de nye elementer er gennemtestede. Dermed bliver det leverandørens test og verifikation, kombineret med kundernes egne erfaringer, der kommer til at afgøre, om man køber en mølle med eller uden gear til sit offshoreprojekt,« siger Steffen Sørensen.

Tredje løsning i spil

Der findes dog også en tredje løsning, som flere fabrikanter arbejder med. Her anvender man en såkaldt medium speed generator med lavere omdrejningstal, og det giver mulighed for at tage ét eller to trin ud af gearkassen. Det kan øge pålideligheden, fordi man fjerner nogle lidt udfordrende geartrin mod at man øger generatorvægten. Tilsammen bliver generatoren dog væsentligt mindre end en decideret gearløs mølle.

En anden problematik ved de store generatorer med permanente magneter er en usikker adgang til de metaller, som magneterne er fremstillet af. Henrik Stiesdal fra Siemens anfører, at Siemens har reserveteknologier parat, hvis leverancerne svigter. For eksempel kan magnetpolerne fremstilles af andre materialer, som ganske vist vil gøre møllen lidt tungere, men som ikke indeholder sjældne jordarter

Steffen Sørensen fra Make peger på, at øgede råvarepriser allerede har medført, at gamle miner genåbnes og nye miner etableres. Det væsentlige bliver så, om råvareprisen rykker sig yderligere op og dermed fordyrer de gearløse møller yderligere.