HTS-Drähte für Windkraftanlagen
Supraleiter statt Seltene Erden
Auf Basis von Generatoren mit HTS-Drähten können Windkraftanlagen Leistungen im Bereich von 10 bis 20 MW erreichen. Die Universität Houston – einer der Partner des ARPA-E-Projekts – entwickelt HTS-Drähte, die gegenüber bisherigen Drähten die Stromdichte um den Faktor 4 erhöhen.
Gemeinsam mit der Universität von Houston entwickeln SuperPower, TECO-Westinghouse, die Tai Yang Research Company und das U.S. National Renewable Energy Laboratory im Rahmen des ARPA-E-Programms preisgünstige und leistungsfähige Supraleiterdrähte und -wicklungen für Hochleistungsgeneratoren in Windkraftanlagen. Dies ist Teil des Programms »Alternativen zu Seltenen Erden für kritische Technologien« (REACT, Rare Earth Alternatives for Critical Technologies). Denn leistungsfähige Supraleiterdrähte können künftig Permanentmagneten ablösen, für die der Einsatz von Seltenen Erden erforderlich ist.
»Nur HTS-Drähte werden es künftig ermöglichen, Hochleistungs-Windkraftgeneratoren zum Offshore-Einsatz zu bauen, die Leistungen von 10 bis 20 MW erreichen. Denn die HTS-Drähte bringen Größe und Gewicht auf ein praktikables Level«, sagt Haran Karmaker, Leitender Ingenieur Forschung und Entwicklung von TECO-Westinghouse. Die Universität von Houston arbeitet gerade an einer vierfachen Erhöhung der Stromdichte in Die HTS-Drähte mit vierfacher Stromdichte, die die Universität von Houston gerade entwickelt, arbeiten bei Betriebstemperaturen von 30 K innerhalb eines 2-Tesla-Magnetfeldes. Sie sollen auch zu einer deutlichen Preissenkung führen.
Im Rahmen des ARPA-E-Programms hat SuperPower die HTS-Drähte mit der angestrebten vierfachen Übertragungsleistung entwickelt. Sie bilden die Basis eines direktangetriebenen 10-MW-Windgenerators. Die Projektpartner führen detaillierte Konstruktionsstudien durch und untersuchen die elektrische, mechanische sowie die thermische Leistungsfähigkeit für marktfähige Anwendungen.
Ein wichtiger Teil dieses Programms besteht darin, die HTS-Suopraleiter der zweiten Generation laufend weiter zu entwickeln. Dies geschieht an der Universität von Houston unter Leitung von Dr. Venkat Selvamanickam, M.D. Anderson Chair Professor der Fachrichtung Maschinenbau: »Wir haben bereits erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von HTS-Hochleistungs-Drähten erzielt, unter anderem eine Verbesserung der kritischen Stromstärke um 65 Prozent unter den Betriebsbedingungen von Windkraftgeneratoren. Dies war im Rahmen des Projekt ARPA-E REACT durch das Einbringen von Defekten im Nanobereich in die HTS-Beschichtung möglich. Im Projekt ARPA-E SMES haben wir die höchste jemals gemessene kritische Stromstärke bei HTS-Beschichtungen unter zwei Mikrometer erzielt, die in einem chemischen Prozess gefertigt wurden. Dies gelang uns durch die Entwicklung eines neuen HTS-Abscheidesystems. Wir werden Multifilament-HTS-Draht-Technologien für das Smart-Grid-Transformatorprojekt mit Fehlerstrombegrenzung entwickeln sowie für den supraleitenden Magnet-Energiespeicher, um eine signifikante Verringerung der Wechselstromverluste zu erreichen«, erklärt Dr. Selvamanickam.
»Diese starke Partnerschaften mit Industrien, die durch gemeinsam genutzte Fördergelder der US-Regierung unterstützt werden, sind letztendlich der Schlüssel zu einem Fortschritt, wie wir ihn heute bekannt geben können«, erklärt Traute Lehner. »Zusammen mit unseren Programmpartnern und unseren Hauptkunden rund um den Globus, die im Hinblick auf die Realisierung des HTS-Potentials ebenso Fortschritte machen, freuen wir uns auf den Tag, an dem Geräte wie diese im regulären Einsatz sind und unsere Energieinfrastruktur stärken.«
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