Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sparsame Schiffe dank Supraleitung

15.08.2005


Siemens hat den weltweit ersten Generator mit Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) in Betrieb gesetzt, der zukünftig Schiffe besonders energiesparend antreiben soll. Die Anlage enthält statt einer Magnetspule aus Kupfer dünne Supraleiter-Drähte, die elektrischen Strom nahezu ohne Widerstand leiten. Das führt fast zu einer Halbierung von Gewicht und Volumen und einer deutlichen Reduzierung der Energieverluste - letztlich also zu einer erheblichen Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades. Der neue Generator eignet sich insbesondere für Kreuzfahrtschiffe und große Motor-Yachten.


Nicht nur Autos werden sparsamer. Auch Schiffe sollen zunehmend mit weniger Treibstoff auskommen. Dazu soll zukünftig eine Technik entscheidend beitragen, die bislang eher in der Grundlagenforschung oder bei Medizingeräten zu Hause war - die Hochtemperatur-Supraleitung. So haben Siemens-Forscher jetzt den weltweit ersten supraleitenden Generator mit Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) mit einer stattlichen Leistung von 4 MegaVoltAmpere (MVA) in Betrieb genommen. Diese Leistung würde ausreichen, um eine luxuriöse Motoryacht von 50 Metern Länge mit Strom zu versorgen und anzutreiben. Hochtemperatur-Supraleiter sind Stoffe, die elektrischen Strom bei einer Temperatur ab rund -160 Grad Celsius (und tiefer) nahezu ohne Widerstand und verlustfrei transportieren. In dem neuen Generator ersetzen die HTS die herkömmlichen Drähte aus Kupfer im Rotor. Wie bei jedem anderen Generator auch werden die Drähte zu einer Magnetspule aufgewickelt, die - von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben - im Generator rotiert. Dadurch entsteht in der feststehenden konventionellen Ständerwicklung eine elektrische Spannung. Der Vorteil der HTS-Drähte besteht darin, dass sie dank des vernachlässigbaren Widerstands zehnmal mehr Strom aufnehmen können als Kupfer. Der Generator kann so auf kleinerem Bauraum effizienter elektrische Energie erzeugen.

Der neuartige Synchrongenerator mit HTS-Wicklung im Rotor wurde gemeinsam von Siemens Corporate Technology und den Siemens-Bereichen Industrial Solutions & Services/Industrial Plants/Marine Solutions (I&S IP MAS) und Automation & Drives/Large Drives (A&D LD) entwickelt. Der HTS-Draht stammt von der European Advanced Superconductors GmbH & Co. KG (EAS), Hanau, einem der weltweit führenden Hersteller und Entwickler von Supraleitern.


Die Maschine von der Größe eines Smart-Kleinwagens hat 10mal mehr Leistung als das Vorgängermodell, das rund drei Jahre lang im Systemprüfhaus von Siemens A&D in Nürnberg getestet wurde. Auf Herz und Nieren wurde dabei auch das mit Neon betriebene Kühlsystem geprüft, das den Supraleiter auf eisige Temperaturen bringt. Das sehr kompakte, wartungsfreie, verlustarme Prinzip der Rotorkühlung hat dort seine Standzeit über die Projektlaufzeit nachgewiesen.

Zukünftig sollen die HTS-Generatoren insbesondere auf so genannten voll-elektrischen (VE) Schiffen eingesetzt werden. Deren Propeller werden nicht direkt durch große Dieselmotoren und lange Wellen angetrieben. Der Treibstoff wird stattdessen verbrannt und setzt Kraftmaschinen zur Stromerzeugung in Bewegung. Über Kabel gelangt die Energie dann zu den Motoren, die in unmittelbarer Nähe der Schiffsschrauben sitzen. Der VE-Antrieb spart folglich Platz, denn statt Motor und Welle gibt es mehrere kleine Energieerzeugungseinheiten, die sich im Rumpf besser unterbringen lassen. Die Schiffe können schlanker ausgelegt werden, was den energiezehrenden Wasserwiderstand deutlich verringert.

Inzwischen sind rund 30 Prozent aller Schiffsneubauten vollelektrisch, bei den Kreuzfahrtschiffen sogar beinahe jeder Neubau. Schließlich läuft der elektrische Antrieb - zum Vorteil der Passagiere - sehr viel ruhiger als der tuckernde Diesel, zum anderen dient die Energie nicht nur der Fortbewegung, sondern auch der Hotellerie an Bord. Ein Drittel etwa wird für Küche, Beleuchtung und Passagier-Komfort verbraucht. "Dieser Trend wird sich fortsetzen", sagt Bernd Wacker, Projektleiter bei Siemens Corporate Technology in Erlangen. Diese Popularität hat ihren Grund. Kreuzfahrtschiffe oder Privatyachten bewegen sich nicht unbedingt im gleichmäßigen Tempo übers Meer, sondern fahren viele Häfen an und legen Zwischensprints ein. Da sich an Bord großer VE-Schiffe mehrere kleine Energieerzeuger befinden, pro Schiffsschraube etwa drei, kann je nach Bedarf die optimale Zahl an Generatoren zugeschaltet werden. Stets läuft nur ein Teil auf Hochtouren, die anderen Maschinen ruhen. Das ist effizienter als ein großer Dieselantrieb im Teil-Last-Betrieb.

Mit ihrem HTS-Generator, der mit Förderung des Bundesforschungsministeriums entwickelt wurde, haben die Siemens-Ingenieure den Vorteil der VE-Antriebe noch vergrößert. Gegenüber herkömmlichen Generatoren wurden Gewicht und Volumen nahezu halbiert. Die annähernd verlustfreie elektrische Erregung der HTS-Wicklung führt zu einer deutlichen Reduzierung der Verluste und damit zu einer erheblichen Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades um mehr als 2% zu vergleichbaren konventionellen Maschinen - auf 98,7% - dabei ist die kryogene Rotorkühlung bereits eingerechnet.

Inzwischen wurde die 4MVA-Maschine erfolgreich in Betrieb genommen. Nachdem die Betriebseigenschaften dieser neuartigen Maschine ermittelt sind, wird sie einem längeren intensiven Systemtest unterzogen. Ein Projektziel besteht darin, die Anwendungstauglichkeit für den Einsatz auf Schiffen nachzuweisen. Hierfür wird das Projekt vom Germanischen Lloyd in Hamburg von Anfang an, beginnend mit der Entwicklung, über den Bau bis hin zum Systemtest, begleitet und hinsichtlich der Anforderungen an die Klassifikationsvorschriften der internationalen Seeschifffahrt geprüft.

Guido Weber | idw
Weitere Informationen:
http://www.siemens.com

Weitere Berichte zu: Generator HTS Hochtemperatur-Supraleiter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Elektrische Felder steuern Nano-Maschinen 100.000-mal schneller als herkömmliche Methoden
19.01.2018 | Technische Universität München

nachricht Perowskit-Solarzellen: mesoporöse Zwischenschicht mildert Einfluss von Defekten
18.01.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie