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 Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck
18.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

nachricht Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie
17.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics