Ein Wasserkraftgenerator besteht aus Rotor, Stator, Rahmen, Axiallager, Führungslager, Kühler, Bremse und weiteren Hauptkomponenten (siehe Abbildung). Der Stator setzt sich hauptsächlich aus Rahmen, Eisenkern, Wicklung und weiteren Bauteilen zusammen. Der Statorkern besteht aus kaltgewalzten Siliziumstahlblechen und kann je nach Fertigungs- und Transportbedingungen einteilig oder geteilt ausgeführt sein. Wasserkraftgeneratoren werden üblicherweise durch einen geschlossenen Luftkreislauf gekühlt. Anlagen mit sehr hoher Leistung nutzen häufig Wasser als Kühlmedium zur direkten Statorkühlung. Werden Stator und Rotor gleichzeitig gekühlt, spricht man von einem Generator mit doppelter Wasserkühlung.
Um die Leistung einzelner Wasserkraftgeneratoren zu steigern und diese zu Großanlagen auszubauen, werden zahlreiche neue Technologien in der Konstruktion eingesetzt, um deren Zuverlässigkeit und Langlebigkeit zu verbessern. Beispielsweise werden zur Reduzierung der Wärmeausdehnung des Stators eine schwimmende Statorkonstruktion und eine geneigte Lagerung verwendet, während der Rotor als Scheibenstruktur ausgeführt ist. Um ein Lockern der Statorwicklung zu verhindern, wird ein Dämpfungsstreifen unter einem elastischen Keil eingesetzt, der den Isolationsverschleiß der Drahtstäbe minimiert. Die verbesserte Belüftungsstruktur sowie die Reduzierung von Wind- und Wirbelstromverlusten tragen zusätzlich zur Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage bei.
Mit der Weiterentwicklung der Pumpturbinenfertigungstechnologie steigen auch Drehzahl und Leistung der Generatormotoren, hin zu großen Kapazitäten und hohen Drehzahlen. Zu den weltweit gebauten Energiespeicherkraftwerken, die mit solchen Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsmotoren ausgestattet sind, gehört das Pumpspeicherkraftwerk Dinowick (330.000 kVA, 500 U/min) in Großbritannien.
Die Fertigungsgrenzen von Generatormotoren lassen sich durch den Einsatz von Generatormotoren mit doppelter Wasserinnenkühlung verbessern, wobei Statorspule, Rotorspule und Statorkern direkt mit ionisiertem Wasser intern gekühlt werden. Auch der Generatormotor (425.000 kVA, 300 U/min) des Pumpspeicherkraftwerks Lakongshan in den USA verwendet eine solche doppelte Wasserinnenkühlung.
Anwendung von Magnet-Axiallagern. Mit steigender Leistung und Drehzahl des Generatormotors erhöhen sich auch die Axialkraft und das Anlaufdrehmoment. Durch den Einsatz von Magnet-Axiallagern wird die Belastung des Lagers aufgrund der der Schwerkraft entgegenwirkenden magnetischen Anziehungskraft reduziert. Dies verringert die Reibungsverluste an der Wellenoberfläche, senkt die Lagertemperatur, verbessert den Wirkungsgrad des Aggregats und reduziert das Anlaufdrehmoment.
Veröffentlichungsdatum: 05.11.2021
