M.Sc. Simon Frank

noch offen

Motivation

Der im Zuge der Energiewende stark ansteigende Wasserstoffbedarf erfordert ein leistungsstarkes Wasserstoffnetz. Aktuelle Forschung beschäftigt sich deshalb u.a. mit dem Transport von kryogenem Flüssigwasserstoff über Pipelines, da dieser eine besonders hohe Energiedichte aufweist. Durch den Transport als tiefkalte Flüssigkeit bietet sich dabei die Möglichkeit der Integration eines Supraleiters in eine solche Pipeline, ohne dass eine zusätzliche Kühlung notwendig wird. Dadurch kann neben der chemischen Energieübertragung auch verlustfrei elektrische Energie über eine gemeinsame Pipeline übertragen werden. In diesem Rahmen wird am Campus Nord von einigen KIT Instituten eine auf 10 kA / 10 kV skalierte Test-Pipeline aufgebaut. Das ETI beteiligt sich am Projekt und untersucht nutzbare Synergien mit Stromrichtern, die im Umfeld der Pipeline betrieben werden sollen. So kann z.B. die bei einer Dual Active Bridge (DAB) durch den Mittel- bzw. Hochfrequenztransformator vorhandene galvanische Trennung gleichzeitig als thermische Barriere genutzt werden. Hierdurch wird der Wärmeeintrag in die Pipeline und der damit verbundene Kühlaufwand reduziert, was wiederum den Gesamtwirkungsgrad steigert.

Aufgabenstellung

In dieser Arbeit soll ein Hochfrequenztransformator mit teilweiser Flüssigstickstoffkühlung für den Einsatz in der oben genannten DAB ausgelegt und designt werden. Eine Herausforderung hierbei ist die Realisierung der thermischen Trennung zwischen den „warmen“ Bauteilen (Trafokern und Primärwicklung) und der „kalten“, mit Flüssigstickstoff gekühlten, Sekundärwicklung. Nach erfolgreicher Auslegung und Simulation des elektromagnetischen und des thermischen Verhaltens soll der Transformator aufgebaut und vermessen werden.