30 Prozent Gewichtsersparnis
Supraleitung für Offshore-Windkraftanlagen
Das Konzept eines supraleitenden 10-MW-Generators für Offshore-Windräder hat Tecnalia entwickelt. Mit MgB2 als Supraleiter und einem kryogenfreien Kühlsystem und 30 Prozent Gewichtsersparnis sei eine solche Anlage schon heute wettbewerbsfähig mit herkömmlichen Generatoren auf Basis von Permanentmagneten.
Die Zahlen klingen vielversprechend: Bis 2020 soll die installierte Leistung von Offshore-Windkraftanlagen in Europa auf 40 GW steigen, 2030 auf 150 und 2050 auf 460 GW. Weltweit sollen 2020 100 GW erreicht werden, 2030 soll die Zahl auf 375 und bis 2050 auf 1150 GW steigen. Um diese Zahlen auch tatsächlich zu erreichen, ist aber laut Iker Marinio von Tecnalia eine deutliche Kostenreduktion erforderlich. Er ist überzeugt davon, dass die Supraleitertechnik zur Kostenreduktion beitragen kann. »Die Supraleitung ist die einzige Technik, die eine erhebliche Reduktion der Generatormasse erlaubt. Konventionell ist bei 8 bis 10 MW die Grenze des Machbaren erreicht.«
Deshalb entwickelt Tecnalia im Rahmen des europäischen Projekts Suprapower (Columbus, KIT, Oerlikon, ELU, University of Southampton, D2M und Acciona) einen 10-MW-HTS-Generator für den Einsatz in großen Offshore-Windrädern. Er ist für 8,1 Umdrehungen pro Minute ausgelegt und erreicht 11,8 MNm.
Die erste Hürde für den Offshore-Einsatz ist die Kühltechnik. Tieftemperatursupraleiter benötigen sehr komplexe und wartungsintensive Kühlsysteme. Dagegen wäre die Kühlung von Hochtemperatursupraleitern weniger aufwändig. Allerdings sind die 1G- und 2G-Materialien relativ teuer. Aus diesen Erwägungen hat sich Tecnalia dazu entschlossen, MgB2 als supraleitendes Material einzusetzen. Es steht in ausreichenden Mengen und zu tragbaren Kosten (22,5 €/kAm) zur Verfügung und muss auf 20 K gekühlt werden. Dies ist mit einem kryogenfreien kommerziell erhältlichen Kühlsystem möglich, wodurch sich der Wartungsaufwand gegenüber einem System auf Basis kryogener Flüssigkeiten deutlich reduziert, die für Offshore-Anlagen nicht in Frage kämen.
Insgesamt wiegt der supraleitende Generator um rund 30 Prozent weniger als Generatoren auf Basis von Permanentmagneten. Was die Kosten betrifft, so liegt der supraleitende Generator gegenüber Generatoren auf Basis von NdFeB-Magneten (Dezember 2013) sogar etwas günstiger. Während die Kosten des MgB2 im supraleitenden Generator 11 Prozent der Gesamtkosten ausmachen, entfallen im konventionellen Typ 12 Prozent der Kosten auf die Seltenen Erden für den Permanentmagnet.
Zu Testzwecken will Tecnalia zunächst einen kleinen 0,5-MW-Generator (120 U/min, 40 kNm) entwickeln, der im Gegensatz zu den 60 warmen Polen des 10-MW-Typs nur vier warme Eisenpole enthält. Allerdings sind die Spulen identisch mit denen, die in den 10-MW-Typ wandern sollen und auch die Kryostatgröße ist die gleiche. Es kommen auch dieselben Kühlungs- und Drehmomentübertragungssysteme zum Einsatz.
Im Moment arbeitet das Konsortium unter der Leitung von Tecnalia an der Validierung des Kryostaten und des Kühlsystems sowie an der Entwicklung der MgB2-Spulen. Zwischen 2015 und 2017 ist die Konstruktion und Validierung eines Demonstrators geplant, danach soll sich die Entwicklung für den industriellen Einsatz anschließen.
Lesen Sie mehr zum Thema
