Elektrotechnisches Institut (ETI)

Auslegung einer Rotorwicklung und deren Kryokühlung mit Gesamtbetrachtung eines 10 MW Windkraftgenerators

  • Forschungsthema:Supraleiter/Kryokühlung
  • Typ:Bachelorarbeit
  • Datum:11.01.2021
  • Betreuer:

    Tobias Zeller

  • Motivation:

    Die Anwendung von Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) in rotierenden, elektrischen Maschinen spielt eine zunehmend wichtigere Rolle.
    Insbesondere die Turmmasse bei Generatoren für Windkraftenergieanlagen im offshore Bereich spielt eine entscheidende Rolle. Um diese zu senken, werden vermehr supraleitende Systeme eingesetzt. Hierbei werden vermehrt HTS der zweiten Generation verwendet, dies erhöht einerseits die Materialkosten, andererseits lässt sich hiermit aber das Gewicht der bereits erwähnten Turmmasse deutlich senken. Neben der Senkung des Gesamtgewichts, steigen hierbei aber die Kosten und der Aufwand des gesamten Systems an. Daher ist der Einsatz von HTS bei Windkraftenergieanlagen immer ein Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen.


    Aufgabenstellung:

    Eine Rotorwicklung soll anhand einer bereits entworfenen Statorwicklung entwickelt werden und in Ansys Maxwell implementiert werden. Mittels einer FEM-Analyse sollen alle relevanten Verluste im Betrieb definiert und berechnet werden. Im Anschluss dienen die berechneten Daten als Randbedingungen für die Auslegung einer Kryokühlung. Es sollen verschiedene Lösungsansätze der Kryokühlung in Hinblick auf Effizienz und Kosten erarbeitet und miteinander verglichen werden.
    Hauptaspekt bei der Auslegung liegt auf der Betrachtung des gesamten Generators. Hierbei ist wichtig, ein System zu entwerfen, dass die verschiedensten Anforderungen (Kosten, Transport, Effizienz, Gewicht etc.) miteinander verbindet.