Situatie

Eén van ’s werelds grootste windturbinefabrikanten wil zijn positie in de snelgroeiende offshore windmarkt versterken. Voor offshore toepassingen gelden hogere eisen aan betrouwbaarheid, beschikbaarheid en onderhoudsarm ontwerp dan bij onshore turbines.
Om hieraan te voldoen besluit de fabrikant over te stappen van de traditionele drive train-technologie met tandwielkast naar een direct-drive-generator op basis van permanente magneten. In deze configuratie wordt de rotor rechtstreeks gekoppeld aan de generator, zonder tussenliggende tandwielkast. Dit resulteert in:

• minder mechanische onderdelen,
• grotere betrouwbaarheid,
• lagere onderhoudskosten,
• en een hogere energetische efficiëntie.

Complicatie

Hoewel de voordelen van direct drive duidelijk zijn, brengt de technologie aanzienlijke technische uitdagingen met zich mee:

• Permanente magneten met zeer hoge veldsterkte genereren grote aantrekkings- en afstotingskrachten.
• Ongecontroleerde montage kan leiden tot:
  o gevaarlijke situaties voor technici,
  o schade aan magneten of staalconstructies,
  o onnauwkeurige positionering met negatieve gevolgen voor de generatorprestaties.

Daarnaast stellen offshore-toepassingen de volgende eisen:

• uitstekende corrosiebestendigheid (zout, vocht, temperatuurschommelingen),
• constante magnetische prestaties gedurende tientallen jaren,
• en een kostenefficiënt productieproces bij grote volumes.

De fabrikant beschikt intern over onvoldoende ervaring met het ontwerpen, produceren en monteren van dergelijke krachtige magneetsystemen. Tegelijkertijd is er grote tijdsdruk om als eerste met deze nieuwe direct-drive-oplossing de markt te betreden.

Vraag

De klant heeft behoefte aan een partner die hem kan begeleiden in het bedenken van de optimale manier om de magneetmodules te monteren. Ook is er behoefte aan een partner die de magneetproductie op zich kan nemen en die ervaring heeft in het monteren van deze krachtige magneten. Dit alles onder de gegeven tijdsdruk.

Oplossing

Gezamenlijke ontwikkeling van magneetmodules

Samen met Bakker Magnetics start de klant een intensief co-developmenttraject. Hierbij worden elektromagnetische, mechanische en productietechnische aspecten integraal benaderd. Belangrijke ontwerpaspecten zijn:

• optimalisatie van de magneetconfiguratie (poolindeling, fluxdichtheid, magnetische homogeniteit),
• keuze van magneten met hoge remanentie en coerciviteit om demagnetisatie te voorkomen,
• het minimaliseren van  torsiegolven en magnetische verliezen.

Veilig en efficiënt montageconcept

Bakker Magnetics ontwikkelt een gecontroleerd assemblageproces, waarbij:

• de magneten worden eerst in modulaire segmenten geplaatst,
• mechanische hulpmiddelen en afstandhouders regelen de magnetische krachten,
• het risico op plotselinge magnetische aantrekking is uitgesloten.

Dit verhoogt zowel de veiligheid van operators als de nauwkeurigheid van positionering, wat cruciaal is voor het rendement van de generator.

Productie en corrosiebescherming

Voor gebruik op zee zijn de magneetmodules uitgerust met:

• hoogwaardige corrosiewerende coatings,
• afdichtingen die bescherming bieden tegen vocht en zout,
• mechanische inkapseling om trillingen en vermoeidheid te weerstaan.

Daarnaast wordt er een taakgerichte productielijn opgezet waarin:

• magneten, stalen onderdelen en bevestigingsmaterialen zijn optimaal op elkaar afgestemd,
• kwaliteitscontrole is in elke productiefase geïntegreerd,
• herhaalbaarheid en schaalbaarheid zijn gewaarborgd.

Resultaat

Dankzij de intensieve samenwerking tussen de windturbinefabrikant en Bakker Magnetics is een kostenefficiënte, veilige en schaalbare productielijn gerealiseerd voor direct-drive-magneetmodules. De voordelen voor de eindtoepassing zijn aanzienlijk:

• geen storingsgevoelige tandwielkast → minder onderhoud en lagere downtime,
• een grotere betrouwbaarheid, wat essentieel is voor offshore-installaties,
• er is geen externe bekrachtiging nodig voor het magnetische veld → hoger rendement,
• lagere operationele kosten  gedurende de gehele levensduur van de turbine.

Door de bundeling van kennis op het gebied van magnetisme, productie en offshore-engineering is een duidelijke win-winsituatie ontstaan, waarmee de klant zijn marktpositie in offshore windenergie succesvol heeft versterkt.