Neues Forschungsprojekt: Generator mit Supraleiter

Mit dem jetzt begonnenen Forschungsprojekt soll eine Steigerung des Wirkungsgrads von Generatoren um 0,5 Prozentpunkte auf 99,5 Prozent ermöglicht werden. Das würde bei Großkraftwerken signifikante Einsparungen an Brennstoff und damit eine Senkung des Kohlendioxidausstoßes bedeuten.

Das Projekt wird auf der SuperConducting City während der Hannover Messe (4. bis 8. April 2011) vorgestellt.

Die Experten der zentralen Siemens-Forschung Corporate Technology haben große Erfahrung mit elektrischen Motoren und Generatoren, deren Wicklungen aus Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) bestehen. Diese haben eine Betriebstemperatur von rund minus 240 Grad Celsius. Die erreichbare Stromdichte ist etwa 30- bis 100-mal höher als mit Kupferspulen bei Raumtemperatur. Nach einem 400-Kilowatt-Modellmotor wurde ein 4-Megawatt-Generator bei 3600 Umdrehungen pro Minute (U/min) im Langzeittest erprobt. Darauf folgte ein Hochdrehmoment-Motor mit vier Megawatt (MW) bei 120 U/min. Jedes dieser Projekte zeigte, dass die HTS-Technologie die Verluste der Maschine bei kleinerer Baugröße und geringerem Gewicht auf die Hälfte reduziert.
Jetzt soll der Effizienzvorteil auch bei Kraftwerksgeneratoren erreicht werden. Bei Leistungen von 150 bis 900 MW ist die Wirkungsgraderhöhung von 99 auf 99,5 Prozent auch im absoluten Maßstab bemerkenswert. Der Weg dorthin ist indes komplex: Die mechanisch empfindlichen HTS-Drähte müssen im Rotor einer Zentrifugalbeschleunigung vom 5000-fachen der Erdbeschleunigung standhalten und zugleich zuverlässig auf minus 240 Grad gekühlt werden.

Im KIT wird ein Rotationsteststand unter Praxisbedingungen errichtet – schließlich wird von Kraftwerksgeneratoren äußerste Zuverlässigkeit verlangt. Es sollen Kryostatkonzepte, thermische Isolation und Kühlverfahren untersucht werden. Zudem benötigt ein solcher Generator robuste HTS-Wicklungen mit hoher Stromtragfähigkeit. Ein Meilenstein des bis 2014 laufenden Projektes ist die Entwicklung einer rotierenden supraleitenden Testspule. Das Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert und vom Projektträger Jülich gemanagt. Fernziel ist dann der Prototyp eines HTS-Generators von mehreren hundert Megawatt. (RN 2011.03.6)