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Stuttgart12.10.2007
6. Seminar Kleinwasserkraft – Praxis und aktuelle EntwicklungIHS - Universität Stuttgart
Generatorkonzepte für Maschinen mit variabler Drehzahl
Dipl. Phys. Jochen BardLeiter EnergiewandlungsverfahrenBereich Energiewandlung und RegelungstechnikInstitut für Solare Energieversorgungstechnik [email protected]
Stuttgart12.10.2007Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.
Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung• Windenergie, Wasserkraft, Meeresenergie • Biomassenutzung, Photovoltaik• Energiewandlung und Speicher• Hybridsysteme • Energiewirtschaft• Information und Weiterbildung
Vorstand: Prof. Dr.-Ing. Jürgen SchmidProf. Dr.-Ing. Peter ZachariasDr. rer. nat. Oliver Führer
Personal: ca. 125 BeschäftigteJahreshaushalt: ca. 8 Mio. EuroInformation: www.iset.uni-kassel.de
Systemtechnik für die Nutzung Erneuerbarer Energien und die Rationelle Energieverwendung
Stuttgart12.10.2007Marktsituation der Kleinwasserkraft (< 10 MW)
Deutschland:ca. 7 TWh/a aus 1600 MW
Europa: über 40 TWh/a aus 15.000 Anlagen mit 14,5 GWWeißbuch der Kommission: 51 TWh/aLangfristig bis zu 60 TWh/a
China:30 GW in mehr als 42.000 Anlagen versorgen 300 Mio. Menschen
Welt (Rest):weitere 25 GW
→ zur Zeit etwa 70 GW installierte Kleinwasserkraft weltweitmit typischen Steigerungsraten von etwa 3%/a
100000 Beschäftigte für den Bau70000 Beschäftigte für den Unterhalt
Stuttgart12.10.2007
Situation der Kleinwasserkraft: Kostendruck bei Niederdruckanlagen
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Fallhöhenstufe [m]
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1 2 3 4 5 6 8 10 15 20 >20Fallhöhe [m]
überwiegend NiederdruckanlagenIn Deutschland
2/3 des Ausbaupotenzialsder EU 15
• P∝Q*H
• niedrige Fallhöhe bedeutet hohe spezifische Kosten
• Hochwasserproblematik
• wachsende Auflagen zum Umweltschutz
Stuttgart12.10.2007Motivation für den drehzahlvariablen Betrieb
Stuttgart12.10.2007Wasserkraftanlage Hüfingen: Modernisierung mit PMSG und FU
Betreiber: Gesellschaft für dezentrale Energieanlagen mbH (GEDEA)Planung: ETI, Universität Karlsruhe, Prof. Dr.-Ing. H. SpäthBaujahr: 1948, Reaktivierung 1994, Francis Schachtturbine, Voith
Stuttgart12.10.2007Neue Turbinenkonzepte: High Tech Lösungen
Abb. VATECH Hydro
ECOBulbdoppelt-
regulierteKaplanturbine500 kW-2 MW
Matrixturbine200-700 kWpro Einheit
Stuttgart12.10.2007Neue Turbinenkonzepte: High Tech Lösungen
Abb.VATECH Hydro
Pilotprojekt Agonitz
700 kW, 8,5 m Fallhöhe, 430 Upm, 1,12 m Laufraddurchmesserunregulierte TurbineRinggenerator: Innenläufer mit PME
Spalt wassergefüült
Zielgröße > 1,5 MW
StrafloMatrix
Stuttgart12.10.2007
EU-Projekt VASOCOMPACT: Development of a commercial concept forvariable speed operation of unregulated submersible compact turbines
• optimiertes Design für Laufrad und Leitbleche• angepasster PME-Synchrongenerator für direkte Kopplung• angepasster Frequenzumrichter für Generatorbetrieb in WKA• skalierbare Lösung 50 bis 500 kW pro Turbine• Installation und Test einer 50 kW Pilotanlage (Tirva, Finnland)
Saugschlauch
feste Leitschaufelnfeste Laufradschaufeln
Statorwicklungenmit direkter Kühlung
Permanent-magnete
Rotor
Stuttgart12.10.2007Laufradentwicklung: IHS, Uni Stuttgart
Simulation unterschiedlicher Laufradgeometrien mittels CFDIHS, Uni Stuttgart
Festlegung des endgültigen Designs
Herstellung des Modelllaufrades
Vermessung im TeststandErmittlung der Charakteristik