Eiskalter Dauerbetrieb bei minus 243 Grad Celsius

Die Forscher von Siemens Corporate Technology und Marine Solutions sowie Large Drives haben den Generator über einen Transformator an das 20-Kilovolt-Netz des Siemens-Standortes in Nürnberg synchronisiert. Ein erster Markt sind Off-shore-Anwendungen und Schiffe. Dafür bauen die Siemens-Forscher derzeit auch einen HTS-Propellermotor.

Hoch-Temperatur-Supraleiter (HTS) haben eine Betriebstemperatur von minus 243 Grad Celsius bzw. 30 Kelvin. In einem hohen Magnetfeld erreichen sie eine Stromdichte von über 150 Ampere pro Quadratmillimeter (A/mm²). Das ist etwa 30- bis 80-mal mehr als mit Kupferspulen bei Raumtemperatur. So können kompakteste Spulen für den Rotor einer Synchronmaschine gebaut werden. Diese Technologie verbessert den Wirkungsgrad erheblich – um etwa zwei Prozentpunkte, senkt Gewicht sowie Volumen der Gesamtmaschine und stabilisiert zudem das Betriebsverhalten.

Der eigentliche Clou ist, dass alle diese Vorteile in einer HTS-Maschine zugleich verwirklicht werden können. Dagegen kann eine konventionelle Maschine nur durch einen erhöhten Einsatz von Kupfer und Eisen effizienter gemacht werden, wird also schwerer. Sogar mit gleichem Wirkungsgrad ist eine HTS-Maschine gegenüber einer konventionellen Maschine wesentlich leichter und kleiner.

Der Siemens-HTS-Generator hat eine Nennleistung von vier Megawatt bei 3600 Umdrehungen pro Minute. Der nach den Vorschriften des technischen Prüfunternehmens Germanischer Lloyd spezifizierte Generator hat 70 Prozent des Gewichts und des Volumens einer typischen konventionellen Maschine. Gleichzeitig halbierten sich die Verluste, wobei das Potenzial der neuartigen Technologie noch nicht voll ausgeschöpft ist.

Neu entwickelt wird derzeit ein langsam laufender HTS-Antriebsmotor. Dieser hat im Vergleich zum Generator ein mehr als 30-mal höheres Drehmoment. Er ist erheblich kleiner, leichter und sparsamer als ein konventioneller elektrischer Propellermotor. Ende 2009 wollen die Entwickler die Maschine im Berliner Dynamowerk im dortigen Testfeld für Großantriebe einem intensiven Testprogramm unterziehen. HTS-Generatoren und -motoren könnten ein Bestandteil des Umweltportfolios von Siemens werden, mit dem das Unternehmen im Geschäftsjahr 2008 bereits 19 Milliarden Euro umgesetzt hat. (RN 2009.04.3)