Supraleitender Generator „EcoSwing“ bewährt sich auf dem Prüfstand

Kompakte Bauform, geringe Turmkopfmasse und gute Transportierbarkeit: Der hochtemperatursupraleitende Generator, der im Forschungsprojekt EcoSwing entwickelt wurde, soll einmal in Multimegawattanlagen der nächsten Generation zum Einsatz kommen. Die praktische Eignung des Konzepts wird im Rahmen einer Testkampagne auf dem Gondelprüfstand des Fraunhofer IWES sowie anschließendem Testbetrieb auf einer zweiblättrigen Anlage in Dänemark überprüft. Die Reifeprüfung auf dem Teststand können die Experten des Fraunhofer IWES dem Konzept bereits bescheinigen: die Funktionalität des Gesamtsystems hat unter realistischen Belastungen von Rotor- und Netzseite überzeugt. Der Test des Generators stellte besondere Anforderungen an die Prüfingenieure, die durch eine spezifische Adaption erfolgreich gelöst wurden.

Weniger ist manchmal mehr: 40 Prozent weniger Gewicht und kleinere Abmessungen als bei einem vergleichbaren permanentmagneterregten Synchrongenerator – möglich werden diese Eigenschaften erst durch eine Supraleitung, denn bei gleicher Leistungsdichte im Vergleich zu handelsüblichen Generatoren ist dafür nur ein Bruchteil des magnetisch aktiven Materials erforderlich. Da der elektrische Widerstand bei dieser Technologie nahezu null ist, kann der Leiterquerschnitt drastisch reduziert werden. Eine vielversprechende Alternative für die Entwicklung zukünftiger Anlagengenerationen.

"In dem ambitionierten Projekt EcoSwing haben wir als weltweit erste die Anwendung supraleitender Technologie auf ein neues Level gebracht. Testen unter realistischen Bedingungen ist entscheidend dafür, Unsicherheiten zu verringern. Das DyNaLab ermöglicht es, unter definierten Versuchsbedingungen verlässliche Ergebnisse zu erzielen“, sagt Jesper Hansen, Senior Project Manager bei Envision Energy.

Der „EcoSwing“-Rotor besteht aus zwei durch eine Vakuumkammer thermisch entkoppelten Teilen. Der Teil, der für die Lagerung und den mechanischen Anschluss des Generatorrotors zuständig ist, wird bei Umgebungstemperaturen betrieben; der elektrische Teil des Generatorrotors ist für den Betrieb bei kryogenen Temperaturen ausgelegt. Daraus ergaben sich für den Prüfstandstest besondere Anforderungen: Der Generator musste über eine Gaskühlung mit geschlossenem Kreislauf auf 30 K (rund -240 Grad Celsius) heruntergekühlt werden. Die Integration solch eines Kühlsystems wurde im Fraunhofer IWES zum ersten Mal umgesetzt. Sie hat sich als sehr verlässlich erwiesen.

Im Rahmen des Projektes „EcoSwing“ hat das Fraunhofer IWES die mechanischen Adaptionen zur Anbindung an den Prüfstand konstruiert und dabei ein hochgenaues Messsystem zur Erfassung der enormen Drehmomente entwickelt und integriert:
„Bedingt durch das spezielle Triebstrangkonzept wird der Generator im Anlagenbetrieb nahezu keine parasitären Lasten erfahren – diese Situation musste auch beim Prüfstandstest sichergestellt werden. Um dies zu erreichen, wurde der Generator hochpräzise ausgerichtet und montiert“, erklärt Dipl.-Ing. Hans Kyling, IWES-Testleiter im Projekt, die besondere Herausforderung.

Gleichzeitig war eine weitere Voraussetzung grundlegend: der Generator musste so eingespannt werden, dass er bei Nennlast eine Ausweichbewegung vollführen konnte. Die spezifische Adaption verhinderte dabei, dass Zwangskräfte auf den Prüfling einwirken und die Testdaten beeinflussen konnten.

Die Testergebnisse sprechen für eine gelungene Validierung und hohe Funktionalität des Systems. Mit Spannung wird von den Projektpartnern nun die Feldkampagne an einer 3,6 MW Testanlage von Envision in Dänemark erwartet. Dorthin gelangt der Generator, der lediglich einen Durchschnitt von 4 Metern hat, per Schiff.

Das Projekt läuft noch bis Ende Februar 2019. Der nächste Schritt - hin zum kommerziellen Einsatz – wird von den Projektpartnern bereits geplant.

 

Projektdaten:
Envision, Theva, Delta Energy Systems, Eco5, Jeumont Electric, University of Twente, DNV GL
Förderung: EU Horizon2020; Förderbescheid 656024
Projektlaufzeit: 01.03.2015 - 28.02.2019

Weitere Informationen unter https://ecoswing.eu/
Und hier geht es zu einem Video von Projektkoordinator Envision, das EcoSwing auf dem Prüfstand zeigt.

 

 

EcoSwing Kryogenerator
© Fraunhofer IWES, Jan Meier

Der kompakte Generator wird an der Stewart-Plattform angedockt, um die Lasten der Rotorseite dynamisch einzuleiten.

EcoSwing Kryogenerator_Kuehlung
© Fraunhofer IWES, Jan Meier

Unter dem Turmadapter (rechts unten) ist die Kühlung für den hochtemperatur-supraleitenden Prüfling angebracht.