Elektrotechnisches Institut (ETI)
Supra

SupraGenSys - Entwurf, Optimierung und Bewertung von energieeffizienten, supraleitenden Generatorsystemen

  • Ansprechpartner:

    Prof. Dr.-Ing. Martin Doppelbauer

  • Projektgruppe:

    Hybridelektrische Fahrzeuge

    Leistungselektronische Systeme

  • Förderung:

    Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Förderkennzeichen: 03EE3010E)

    Gesamtprojektvolumen: ~ 2,5 Mio. €

  • Partner:

    KIT – Institut für Technische Physik

    Fraunhofer IEE

    Siemens AG

    Krämer Energietechnik GmbH & CO. KG

  • Starttermin:

    01.12.2019

  • Endtermin:

    30.11.2021

Ziele und Ergebnisse

Im Rahmen dieses Vorhabens wird die Machbarkeit von Synchrongeneratoren mit supraleitender Ständerwicklung untersucht. Dabei werden die Eigenschaften supraleitender Materialien und die Kryostateigenschaften in die Dimensionierungsmethodik eingebracht, um damit Werkzeuge zu entwickeln, die eine Auslegung, Optimierung und Bewertung bezüglich wichtiger Eigenschaften, wie z.B. Verluste, Gewicht, Bauvolumen oder Supraleiterbedarf ermöglichen. Wichtige wissenschaftliche Ziele sind die Beschreibung des elektromagnetischen Verhaltens der supraleitenden Wicklungen im stationären Betrieb und im Fehlerfall sowie die Verknüpfung dieses Verhaltens mit den Anforderungen an Windkraftgeneratoren.

In diesem Projekt sollen das Konzept und die Anwendung eines vollständig supraleitenden Windkraftgenerators umfassend beschrieben und wichtige Komponenten dazu, wie z.B. die supraleitende AC-Spule experimentell auf deren Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Weiter sollen im Projekt Leistungshalbleiter und passive Bauelemente hinsichtlich ihrer sich ändernden Eigenschaften beim Betrieb bei tiefen Temperaturen untersucht werden.

 

Inhalt und Vorgehensweise

Zu Beginn werden Untersuchungen zu elektromagnetischen Eigenschaften kalter Wicklungen und kalter Blechpakete durchgeführt. Hierzu werden ebenfalls Konzepte für die mechanische Kraftübertragung und den Übergang von kalten und warmen Bauteilen erarbeitet.

Es werden Untersuchungen mit Hinblick auf Auswirkung des supraleitenden Stators auf den generatorseitigen Stromrichter der Windenergieanlage bearbeitet und eine konzeptionelle Auslegung mittels FEM-Berechnung mit Fokus auf Festigkeit und Steifigkeit, sowie auf das Schwingverhalten durchgeführt. Eine Analyse der thermischen Verhältnisse mittels analytischer und numerischer CFD-Verfahren folgt im Anschluss.

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEE wird ebenfalls eine konzeptionelle Auslegung von Stromrichtern und deren Netzanbindung entworfen, sowie Voruntersuchungen im Bereich Leistungshalbleiter und Stromrichter durchgeführt.