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08.06.2018 | Maschinen | Im Fokus | Onlineartikel

Supraleitender Generator besteht Prüfstand-Tests

Autor:
Dieter Beste

Kompakte Bauform, geringe Turmkopfmasse und gute Transportierbarkeit: Ein hochtemperatursupraleitender Generator für Multimegawatt-Windenergieanlagen der nächsten Generation wird zurzeit unter realistischen Belastungen auf Herz und Nieren geprüft.

Gegenwärtig wird an der Entwicklung von Magnetspulen aus Hochtemperatur-Supraleitern intensiv gearbeitet. Eine besonders interessante neue Entwicklung deutet sich bei Generatoren aus Hochtemperatur-Supraleitern für die elektrische Stromerzeugung durch Windenergie an, schreibt Springer-Autor Rudolf P. Huebener in "Geschichte und Theorie der Supraleiter": "Ihr geplanter Einsatz würde das Gewicht des am oberen Ende des Masts befindlichen Generators gegenüber der bisherigen Einrichtung halbieren oder bei gleichem Gewicht die Leistung verdoppeln." (Seite 64).

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Tatsächlich: 40 Prozent weniger Gewicht und kleinere Abmessungen als bei einem vergleichbaren permanentmagneterregten Synchrongenerator – bei gleicher Leistungsdichte. Im Vergleich zu handelsüblichen Generatoren benötigt Supraleitung nur einen Bruchteil des magnetisch aktiven Materials. Da der elektrische Widerstand bei dieser Technologie nahezu null ist, kann der Leiterquerschnitt drastisch reduziert werden. "In dem ambitionierten Projekt EcoSwing haben wir als weltweit erste die Anwendung supraleitender Technologie auf ein neues Level gebracht", sagt Jesper Hansen, Senior Project Manager bei Envision Energy, einem der Partner des von der EU noch bis Ende Februar 2019 geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekts.

Der EcoSwing-Rotor besteht aus zwei durch eine Vakuumkammer thermisch entkoppelten Teilen. Der Teil, der für die Lagerung und den mechanischen Anschluss des Generatorrotors zuständig ist, wird bei Umgebungstemperaturen betrieben; der elektrische Teil des Generatorrotors ist für den Betrieb bei kryogenen Temperaturen ausgelegt. Daraus ergaben sich für den Prüfstandtest besondere Anforderungen: Der Generator musste über eine Gaskühlung mit geschlossenem Kreislauf auf 30 K (rund -240 Grad Celsius) heruntergekühlt werden.

Alternative für zukünftige Windenergieanlagen

Die praktische Eignung des EcoSwing-Konzepts wird im Rahmen einer Testkampagne auf dem Gondelprüfstand des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme (IWES) sowie anschließendem Testbetrieb auf einer zweiblättrigen Anlage in Dänemark überprüft. Im Rahmen des Projektes hat das IWES die mechanischen Adaptionen zur Anbindung an den Prüfstand konstruiert und dabei ein hochgenaues Messsystem zur Erfassung der enormen Drehmomente entwickelt und integriert: "Bedingt durch das spezielle Triebstrangkonzept wird der Generator im Anlagenbetrieb nahezu keine parasitären Lasten erfahren – diese Situation musste auch beim Prüfstandtest sichergestellt werden. Um dies zu erreichen, wurde der Generator hochpräzise ausgerichtet und montiert", sagt IWES-Testleiter Hans Kyling. Die Testergebnisse sprechen laut Entwicklerteam für eine gelungene Validierung und hohe Funktionalität des Systems. Mit Spannung erwarten die Projektpartner nun die Feldkampagne an einer 3,6-MW-Testanlage von Envision in Dänemark.

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