Ganz neues Testkonzept mit stehendem Vakuumzylinder
Teststand für Technologien eines HTS-Kraftwerksgenerators
Die supraleitenden Komponenten für den Einsatz in großen, schnell drehenden Generatoren sind extremen Bedingungen ausgesetzt. Um sie unter realistischen Bedingungen zu testen, hat Siemens zusammen mit dem KIT das Konzept eines vollkommen neuen Teststands entwickelt.
Große HTSL-Generatoren versprechen einen sehr viel höheren Wirkungsgrad als traditionelle Maschinen. Zwar gelingt es den Generatorherstellern, den Wirkungsgrad zu verbessern, der Fortschritt braucht aber seine Zeit. So ist der Wirkungsgrad von 1990 bis heute von 98,8 auf 99 Prozent gestiegen. Ein HTS-Rotor würde den Wirkungsgrad aus dem Stand auf 99,5 Prozent katapultieren. »Das wäre ungefähr die Verbesserung, die die Hersteller über die vergangenen 50 Jahre geschafft haben«, sagt Dr. Peter Kummeth von Siemens. Und die Verbessrung des Wirkungsgrades fällt besonders ins Gewicht, wenn die Maschinen unter Teillast laufen, ein Aspekt, der unter den Bedingungen der Energiewende immer wichtiger wird.
Allerdings gibt es noch große Hürden zu nehmen, bevor diese Generatoren kommerziell Einsatz finden können. Schwierigkeiten bereiten beispielsweise die hohen Zentrifugalkräfte an den Rotoren mit einem Durchmesser von fast einem halben Meter, die bis zu 4500 g erreichen können. Zudem muss der Rotor auf tiefe Temperaturen von 30 K gebracht werden –einschließlich des Eisens. Deshalb wäre es interessant auszuprobieren, wie sich nur die HTS-Spulen selber kühlen ließen, um die Kühlleistung zu reduzieren. Die HTS-Spulen müssen also im rotierenden Kryostat befestigt werden, das Kühlkonzept würde sich damit beträchtlich ändern.
An diesen Beispielen zeigt sich schon: Es genügt nicht, diese Aspekte nur theoretisch anzugehen, es ist erforderlich, die neuen Konzepte und neue HTS-Komponenten unter realistischen – und damit extremen – Bedingungen zu testen. Deshalb hat sich Siemens in Zusammenarbeit mit dem KIT entschlossen, einen großen Teststand für supraleitende Generatorkomponenten zu entwerfen.
Dazu mussten die Ingenieure ganz neue Wege beschreiten. So kam ein Testaufbau mit rotierendem Vakuumzylinder nicht in Frage. Aufgrund des hohen erforderlichen Durchmessers hätten extreme Zentrifugalkräfte auf den Zylinder gewirkt. Allein die Luftreibung hätte einen Verlust von 80 kW ergeben. Zudem wäre der Platz im Zylinder sehr beschränkt gewesen.
- Teststand für Technologien eines HTS-Kraftwerksgenerators
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