Forschungs-Projekte

SupraGenSys

Entwurf, Optimierung und Bewertung von energieeffizienten, supraleitenden Generatorsystemen

Projektpartner Siemens, KIT, Krämer Energietechnik
Förderer BMWK
Projektlaufzeit 01.12.2019 - 30.11.22
Bearbeiter Sebastian Lengsfeld, Marco Jung, Fabian Schnabel, Axel Seibel, Jonas Steffen, Sebastian Sprunck, Bernd Ponick, Ibrahim Güngör, Fabian Thalemann

 

Im Rahmen dieses Vorhabens wird die Entwicklung von voll-supraleitenden Generatoren, d.h. Generatoren mit supraleitender Ständer- und Rotorwicklung, für Multi-MW-Windenergieanlagen zur Leistungs- und Effizienzsteigerung untersucht, was gleichzeitig eine Eindämmung der größenwachstumsbedingten Erhöhung der Turmkopfmasse ermöglichen soll. Die Umsetzung einer supraleitenden Wechselstromwicklung ist bei rotierenden elektrischen Maschinen zwar Neuland, aber gerade direkt angetriebene Ringgeneratoren für Windenergieanlagen sind aufgrund der niedrigen Drehzahlen und Frequenzen und der hohen Anforderungen an die Drehmomentdichte hierfür eine besonders vielversprechende Anwendung. Unter Beachtung der Eigenschaften supraleitender Materialien und der Kryostateigenschaften wird ein Werkzeug zur Auslegung, Optimierung und Bewertung von voll-supraleitenden Generatoren bezüglich wichtiger Eigenschaften, wie z.B. Verluste, Gewicht, Bauvolumen oder Supraleiterbedarf, entwickelt.

Das Vorhaben zielt auf eine ganzheitliche Bewertung des Generatorsystems für verschiedene Bauformen und Anwendungsfälle ab. Im Vordergrund stehen die konstruktive Ausführung und die Bewertung hinsichtlich Kosten und Zuverlässigkeit. Wichtige wissenschaftliche Ziele sind die Beschreibung des elektromagnetischen Verhaltens der supraleitenden Wicklungen im stationären Betrieb und im Fehlerfall sowie die Verknüpfung dieses Verhaltens mit den Anforderungen an Windkraftgeneratoren. Die technische Validierung der erarbeiteten Ergebnisse soll in einem Folgeprojekt an einem Demonstrator eines Ringgenerators erfolgen. In diesem Projekt wird das Konzept und die Anwendung eines vollständig supraleitenden Windkraftgenerators umfassend beschrieben und wichtige Komponenten dazu, wie z.B. die supraleitende Wechselstromspule experimentell auf deren Funktionstüchtigkeit geprüft. Weiter sollen im Projekt Leistungshalbleiter hinsichtlich ihrer sich ändernden Eigenschaften beim Betrieb bei tiefen Temperaturen untersucht werden.