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Bahnbrechender supraleitender Generator für leichtere Windanlagen mit mehr Leistung

Das Windkraftprinzip wird bei Windmühlen seit Tausenden von Jahren genutzt. Eine bahnbrechende Neuerung im Bereich Windenergie ist nun die erste Demonstration eines supraleitenden Generators in einer kommerziellen Windkraftanlage.

Energie

Die erste stromerzeugende Windkraftanlage wurde 1888 entwickelt. Mit dem Einsatz von Starkstromleitungen und damit wachsender Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen rückte Windenergie jedoch in den Hintergrund. In den 1970er Jahren stieg das Interesse wieder, sodass im Jahr 2015 fast 4 % der weltweiten Stromerzeugung auf Windkraft entfielen. Windenergie ist heute in Europa ein Wirtschaftszweig mit einem Umsatz von 72 Milliarden EUR. Mit dem weltweiten steigenden Interesse an Windkraftanlagen muss deren Leistung verbessert werden, sodass sie größer und höher gebaut werden können, ohne dabei aber schwerer oder teurer zu werden. Mit seiner Hightech-Lösung demonstrierte das wegweisende EU-finanzierte Projekt EcoSwing nun erstmals einen supraleitenden Generator in einer kommerziellen Windkraftanlage. Bei gleicher Leistung ist er deutlich leichter, und mit zunehmender Leistung steigen auch die Vorteile.

Über den Schatten springen

Um herkömmliche Komponenten in elektrischen Windgeneratoren zu ersetzen, will EcoSwing künftig mit Supraleitern arbeiten, d. h. Materialien, deren elektrischer Widerstand sinkt, je niedriger die Temperatur ist. Projektkoordinator Jesper Hansen erklärte: „Zwar wurden einige kleine Versuchsmaschinen (Motoren und Generatoren) im Labor validiert. In industrieller Umgebung gab es hingegen nur wenige Demonstrationen von supraleitenden Maschinen. Wir haben nun erstmals einen supraleitenden Generator für eine Windkraftanlage entworfen, gebaut, installiert und betrieben, und dieser Prozess lieferte uns völlig neue Einblicke zum Betrieb der Technologie mit gängigen Instrumenten und Funktionen.“ Die Forschungsarbeit brachte verschiedenste Resultate, u. a. war die kryogene Kühlung effizienter als erwartet, sodass der Kühlbedarf der supraleitenden Maschinen künftig noch niedriger sein dürfte. Auch die supraleitenden Spulen waren während des Betriebs trotz rauer Bedingungen robuster als erwartet. Der supraleitende Generator EcoSwing war 25 % leichter als eine Maschine ähnlicher Größe mit herkömmlichen Permanentmagneten. Weiterhin erklärt Hansen: „Für Windkraftanlagen mit mehr als 6 MW zeigen unsere Prognosen, dass supraleitende elektrische Generatoren genauso kosteneffizient sein können wie modernste Technologien, und dass ihre Wettbewerbsfähigkeit mit der Leistung steigt.“ Die Forschungsgruppe registrierte auch, dass die Generatoren nur etwa halb so schwer sind wie 10-MW-Generatoren. Angesichts des bahnbrechenden Erfolgs wurde die EcoSwing-Technologie von Windpower Monthly als Antriebstechnologie des Jahres 2018 mit Gold ausgezeichnet.

Basis für europäische Führungsrolle bei supraleitenden Generatoren

Zum Projektende wurde der innovative Generator außer Betrieb genommen und eingelagert. Nun wollen die EcoSwing-Partner das System optimieren und aktiv bewerben, um die Akzeptanz zu fördern und weitere Mittel einzuwerben. Hansen zufolge „werden in der Produktionsanlage des Partners THEVA Dünnschichttechnik GmbH dank EcoSwing nun nicht mehr nur supraleitende Drähte gefertigt, sondern auch zu Spulen aufgewickelt. Vor dem Projekt waren derartige Spulen und Technologien in Europa nicht erhältlich.“ Zudem erklärt Hansen: „Partner Sumitomo Cryogenics of Europe, Ltd entwickelte die weltweit erste rotierende Gelenkbaugruppe mit Heliumkupplung – die einwandfrei funktionierte.“ Eine erfolgreiche Kommerzialisierung könnte die Akzeptanz erneuerbarer Technologien in der Stromerzeugung erhöhen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe senken und Europa helfen, die Klimaschutzziele zu erreichen.

Schlüsselbegriffe

EcoSwing, Wind, Generator, Leistung, supraleitend, Windkraftanlage, Energie, Windenergie, supraleitender Generator

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4 Dezember 2020