Modernisierte Energieversorgung der Rappenseehütte: Synchrongenerator hilft nachgeschaltete Elektronik zu vermeiden

Wasserturbine mit überdimensioniertem Generator von Johannes Hübner Giessen

 

In Kürze

  • Ziel: Durch Kombination von Solaranlage und Wasserkraft soll ein Dieselaggregat sowie Treibstoff eingespart werden.
  • Umsetzung:  Modernisierung  der Wasserkraftanlage mit Peltonturbine und  permanenterregtem  Synchrongenerator.
  • Ergebnis: Konstante Energieversorgung durch Wasserkraft ohne Wechselrichter in Netzqualität.

 

 

Der Generator von Johannes Hübner Giessen ist aufgrund seiner Überdimensionierung in der Lage, ein stabiles Inselnetz zur Verfügung zu stellen.Die neue Wasserkraftanlage in der Rappenseehütte in den Allgäuer Alpen besteht aus einer Peltonturbine und einemDer Generator von Johannes Hübner Giessen ist aufgrund seiner Überdimensionierung in der Lage, ein stabiles Inselnetz zur Verfügung zu stellen.Die neue Wasserkraftanlage in der Rappenseehütte in den Allgäuer Alpen besteht aus einer Peltonturbine und einem  
Die neue Wasserkraftanlage in der Rappenseehütte in den Allgäuer Alpen besteht aus einer Peltonturbine und einem Drehstrom-Synchrongenerator.Die neue Wasserkraftanlage in der Rappenseehütte in den Allgäuer Alpen besteht aus einer Peltonturbine und einem Drehstrom-Synchrongenerator.  
 

Um autark Energie zu erzeugen und die unberührte Natur im Gebirge nicht mit Schadstoffen und Abgasen zu belasten, setzen viele Hütten des Deutschen Alpenvereins auf erneuerbare Energien. Die größte deutsche Alpenhütte, die Rappenseehütte, erzeugt den Strom seit der Modernisierung ihrer Energieversorgung Anfang dieses Jahres mit einer Kombination aus Wasserkraft und Sonnenenergie. Davor wurde der Strom der Alpenhütte mit einem Diesel-Aggregat und einer Photovoltaikanlage gewonnen. Diese stellte die Energie über Batterieeinspeisung zur Verfügung und wurde in sonnenarmen Stunden durch das Stromaggregat unterstützt, das im Zuge des neuen Energieversorgungskonzepts durch eine Wasserkraftanlage ersetzt wurde. Von dem auf 2.047 Metern gelegenen Rappensee wird über eine Pipeline Wasser abgelassen und eine Peltonturbine angetrieben. Die nutzbare Leistung wird an einen angekuppelten Generator von Johannes Hübner Giessen abgegeben.

Der Spezialist für Drehgeber- und Antriebstechnik hat den Drehstrom-Synchrongenerator mit Permanenterregung speziell für diese Anwendung ausgelegt. Der Generator DSG P 200.25-10 ist überdimensioniert und dadurch in der Lage, die Nennspannungstoleranzen in Netzqualität einzuhalten und einen höheren Wirkungsgrad bei Nennlast zu erzielen. „Der Generator wurde so konzipiert, dass auf eine nachgeschaltete Elektronik verzichtet und ein Direktbetrieb ohne Wechselrichter ermöglicht werden konnte“, erklärt Maik Will, Diplom-Ingenieur (FH) im Bereich Energie- und Antriebssysteme bei Johannes Hübner Giessen.

Konstante Energiequelle ohne Wechselrichter

Ursprünglich war bei der Konzeption der Energieversorgung ein kleinerer Generator mit einem Wechselrichter vorgesehen, die die Energie der Wasserkraftanlage in den zentralen Inselnetzwechselrichter der Photovoltaikanlage einspeisen sollten. Der überdimensionierte Hübner-Generator stellt die Stromerzeugung autark sicher, selbst wenn die Batterie oder der Inselnetzwechselrichter der Photovoltaikanlage ausfallen. „Mit einem kleineren Generator wäre der autarke Betrieb nicht möglich gewesen, da die Spannung des Generators unter Belastung zu stark abgefallen wäre“, erklärt Maik Will. Durch den Wegfall des Wechselrichters ergeben sich noch weitere Vorteile: Der zusätzliche Aufwand hinsichtlich Parametrierung von Generator und Wechselrichter entfällt, die Montage wird erleichtert und denkbare Betriebsunterbrechungen durch den für Defekte und Störungen anfälligen Wechselrichter entfallen. 

Realisierung von Sonderwünschen

Für das Inselnetz mit möglichst konstanter Spannung und Frequenz war es notwendig, die Generatordrehzahl auf 600 min-1 zu regeln. Die Generatorfrequenz hat bei 600 min-1 den durch die Führungsfrequenz des Inselnetzwechselrichters geforderten Wert von 50 Hz. Auf diesen wurde der Generator der Wasserkraftturbine synchronisiert und exakt für 3x 420 VAC im Leerlauf und 3x 400 VAC unter Nennlast ausgelegt. Bei Störungen des Wechselrichters der Photovoltaikanlage wird der Generator von einer externen Regelung selbstständig auf 50 Hz geregelt – nur so ist autonome Stromerzeugung möglich. Zur Stabilisierung der Drehzahl bei schnellen Veränderungen oder Stößen erfolgten weitere anwendungsspezifische Anpassungen: Die Lagerung wurde verstärkt und eine Schwungscheibe mit 130 Kilogramm Gewicht am zweiten Wellenende zur Aufnahme der Schwungmasse montiert. Maik Will resümiert: „Die Summe der individuellen Anpassungen hat zur Folge, dass mit dem Generator eine volle Leistungsabnahme zu jedem Zeitpunkt möglich ist und die Rappenseehütte über eine konstante Energiequelle verfügt.“