Energieeffiziente elektrische Maschinen durch neue Materialien – Supraleitung in großen elektrischen Maschinen

Abstract:
Der Einsatz von supraleitendem Material in elektrischen Maschinen großer Leistung bringt gegenüber herkömmlichen Maschinen markante Vorteile hinsichtlich Wirkungsgrad, Baugröße und Betriebseigenschaften. Die Verwendung von HTS (Hochtemperatursupraleiter) im Elektromaschinenbau ermöglicht in Synchronmaschinen deutlich höhere Leistungsdichten. Um Erfahrungen mit der neuen Technik zu sammeln, wurde bei Siemens eine Reihe von aufeinander aufbauenden Entwicklungsprojekten durchgeführt. Nach einem 400-kW-Modell-Motor für Grundsatzuntersuchungen zu der neuen Technik folgte ein 4000-kVA-Generator als schnell laufende Maschine sowie ein langsam laufender 4000-kW-Propellermotor mit hohem Drehmoment. Der 4000-kVA-Generator dient weiterhin als Erprobungsträger für Langzeittests und Komponentenmodifikationen. Supraleitende Maschinen bringen eine deutliche Gewichts- und Volumenreduktion gegenüber herkömmlichen Maschinen und nutzen bereits allein aus diesen Gründen Ressourcen besser aus. Gleichzeitig reduzieren sich Betriebsverluste auf ca. die Hälfte, der Wirkungsgrad steigt. Daneben zeichnen sie sich durch besondere Betriebseigenschaften, wie hohe Überlastbarkeit, steifes Lastwechselverhalten und niedriges Geräuschniveau aus. HTS-Maschinen bringen überall dort wesentliche Vorteile, wo die Reduktion von Volumen, Gewicht und Verlusten oder das verbesserte Betriebsverhalten essentielle Verbesserungen für das Gesamtsystem ermöglichen, so z. B. bei Propellermotoren und Generatoren für Schiffe, in Offshore-Anlagen, in Wind- und Wasserkraftanlagen und in großen Kraftwerksgeneratoren. Mit HTS-Maschinen kann damit ein deutlicher Beitrag zur Ressourcen- und Energieeffizienz sowie zur CO2-Reduktion erbracht werden.