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Die neuen Grid-Codes besser einhalten: HTSL-Generatoren und -Motoren bringen entscheidende Systemvorteile

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Für Systemvorteile bezahlen die Anwender

Baugröße der Rotoren Bildquelle: © deutsche nanoschicht

Die Baugröße der Rotoren ändert sich bei gleicher Leistung gegenüber Kupfer- und PM-Typen um den Faktor 2 bis 5.

Ähnlich sieht es Dr. Jens Müller von  ECO 5. In Windkraftanlagen kommen jetzt zunehmend Carbonfasern für die Rotorblätter zum Einsatz, weil sie rund 13 Prozent Gewicht einsparen. Dafür sind sie um den Faktor 8 teurer. »Das Beispiel zeigt: Wenn es Systemvorteile bringt, dann bezahlen die Anwender auch einen Preis dafür.«

Deshalb ist er sich ziemlich sicher, dass die Supraleitung in die Windkraftanlagen Einzug halten wird, insbesondere für Generatoren mit einer Leistung von über 6 MW. Denn direkt angetriebene radiale Generatoren auf Basis von Supraleitern sind bei gegebenem Drehmoment viel kleiner und leichter als radiale Generatoren auf Basis von Kupfer oder Permanentmagneten. Damit lässt sich mehr Leistung auf einem gegebenen Turm erzielen. Und zudem erreichen sie bei Teillast einen besseren Wirkungsgrad.

Sehr wichtig ist auch, dass damit Generatoren  mit Leistungen zwischen 5 MW und 8 MW (bei 15 bis 10 rpm) den Durchmesser von 4,5 m nicht überschreiten und sich deshalb über alle Straßen und durch alle Tunnels in Europa transportieren lassen. Allerdings muss der Preis für die HTSL weiter sinken – und die Produktionsmenge steigen. Denn bei einem Zubau der Windkraftanlagen von 4 GW pro Jahr benötigte man Fertigungskapazitäten, die die derzeitig vorhandenen weit übersteigen. »Das bedeutet aber auch, dass allein die Nachfrage aus der Windkraft die Fertigungsmenge so nach oben treiben könnte, dass die Preise in einen Bereich kommen, in dem heute NbTi mit 0,6 €/m liegt«, sagt Dr. Jens Müller.

Kraftdichte je aktivem Volumen in normalleitenden und supraleitenden Torque-Motoren Bildquelle: © Oswald

Kraftdichte je aktivem Volumen in normalleitenden und supraleitenden Torque-Motoren

Kraftwerks-Generatoren schrumpfen um die Hälfte

Auch Dr. Tabea Arndt von Siemens führt Systemaspekte für Generatoren auf Basis von HTSL ins Feld. Ihr Team und sie haben Generatoren der multi-100-MW-Klasse untersucht. Solche Generatoren wiegen in Kupfer ausgeführt bis zu 750 t, allein der Rotor (3.600 rpm) wiegt 250 t. »Setzt man HTS ein, so halbiert sich die Länge«, erklärt Dr. Arndt. Gleichzeitig steigt der Wirkungsgrad von derzeit 99 Prozent auf 99,5 Prozent. Wer meint, dass 0,5 Prozentpunkte nicht viel wären, der muss sich vor Augen führen, dass es von 1960 bis heute gedauert hat, um den Wirkungsgrad konventioneller Generatoren durch Optimierung des Materials und des Designs von 98,5 auf 99 Prozent zu heben. »Die 0,5 Prozentpunkte stellen eine disruptive Steigerung dar, allein durch den Einsatz der HTS-Technologie«, so Dr. Arndt.

Die Grid-Codes besser einhalten

Und zusätzlich werden künftig wegen des Ausbaus der regenerativen Energien die besseren Systemeigenschaften von HTS-Generatoren hoher Leistungsfähigkeit ins Gewicht fallen. Denn die Grundlastkraftwerke müssen sich in Richtung Spitzenlastkraftwerke entwickeln. Sie benötigen also eine bessere Rotordynamik, bessere Stoßwellenverträglichkeit und sie sollten eine höhere Zahl von Start-Stop-Zyklen vertragen. »Um die neuen, robusteren Grid-Codes einhalten und höhere Blindleistung für den Transport bereit stellen zu können, sind neue Techniken erforderlich«, sagt Dr. Arndt. Ihrer Meinung nach ist HTS diese neue Technik, die den Ingenieuren neue Design-Freiheiten erlaubt, um beispielsweise Rotoren bauen zu können, die die neuen Grid-Codes erfüllen. Und auch alte Kraftwerke ließen sich damit aufrüsten: Sie erreichen dann höhere Leistungen und eine bessere Dynamik. Voraussetzung wäre allerdings, dass HTS mit Einheitslängen von 600 m zur Verfügung stünden und dass die Kosten sinken.