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. Durch die Verbesserung der Belüftungsstruktur und die Reduzierung von Wind- und Wirbelstromverlusten wird der Wirkungsgrad der Anlage weiter gesteigert.
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.
Bei Generatormotoren mit doppelter Wasserinnenkühlung werden Statorspule, Rotorspule und Statorkern direkt mit ionisiertem Wasser gekühlt, wodurch die Fertigungsgrenzen des Generatormotors verbessert werden können. Auch der Generatormotor (425.000 kVA, 300 U/min) des Pumpspeicherkraftwerks Lakongshan in den USA nutzt diese 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 Axialkraft durch eine magnetische Anziehungskraft entgegen der Schwerkraft aufgefangen. Dies reduziert die Belastung des Axiallagers, verringert die Wellenreibungsverluste, senkt die Lagertemperatur und verbessert den Wirkungsgrad des Kraftwerks. Auch das Anlaufmoment wird reduziert. Magnet-Axiallager werden im Generatormotor (335.000 kVA, 300 U/min) des Pumpspeicherkraftwerks Sanglangjing in Südkorea eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 21. März 2022
