30/05/2018
Door Ad Spijkers
De hoge temperatuur supergeleidende generator moet in multimegawatt installaties van de volgende generatie windturbines worden gebruikt. Na een functionele test bij het Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) volgt nu een praktijktest in Denemarken.
Supergeleiding maakt een 40% lagere massa en kleinere afmetingen dan een vergelijkbare, door permanent magneten bekrachtigde synchrone generator mogelijk. Bij gelijke vermogensdichtheid is slechts een fractie van het magnetisch actieve materiaal nodig. Omdat de elektrische weerstand bij supergeleiding nagenoeg nul is, kan de geleiderdiameter drastisch worden gereduceerd.
EcoSwing generator
In het EcoSwing project hebben de onderzoekers de toepassing van supergeleidende technologie naar een hoger niveau getild. Om onzekerheden te verkleinen zijn testen onder realistische condities noodzakelijk. Het DyNaLab in Bremerhaven maakte het mogelijk om onder gedefinieerde testcondities betrouwbare resultaten te realiseren.
De EcoSwing rotor bestaat uit twee, door een vacuümkamer thermisch gescheiden delen. Het deel dat verantwoordelijk is voor de lagering en de mechanische aansluiting van de generatorrotor wordt bij omgevingstemperaturen gebruikt. Het elektrische deel is berekend op werking bij cryogene temperaturen. Dit zorgde op de testbank voor bijzondere eisen. De generator moest door gaskoeling in een gesloten kringloop worden gekoeld tot 30 K (-243°C). De integratie van zo'n koelsysteem werd voor het eerst bij Fraunhofer IWES toegepast en is zeer betrouwbaar gebleken.
Op de testbank
In het kader van het EcoSwing project heeft Fraunhofer IWES de mechanische aanpassingen aan de testbank geconstrueerd en een zeer nauwkeurig meetsysteem voor de bepaling van de enorme draaimomenten ontwikkeld en geïntegreerd. Door het speciale aandrijftreinconcept zal de generator tijdens bedrijf nagenoeg geen parasitaire belastingen ondergaan. Deze situatie moest ook tijdens de testen worden gegarandeerd. Om dit te realiseren werd de generator zeer nauwkeurig uitgelijnd en gemonteerd.
Tegelijkertijd moest fundamenteel aan nog een voorwaarde worden voldaan. De generator moest zodanig worden bevestigd dat hij bij nominale belasting een uitwijkbeweging kon uitvoeren. De specifieke aanpassing verhinderen dat dwarskrachten inwerkten op het testobject en de testdata konden beïnvloeden.
Vooruitzichten
De testresultaten zorgen voor een geslaagde validering en hoge functionaliteit van het systeem. Met spanning wachten de projectpartners nu op de veldcampagne op een 3,6 MW testopstelling van Envision in Denemarken. De generator met een doorsnede van 4 m gaat er per schip heen.
Het project loopt nog tot eind februari. De projectpartners werken al aan de volgende stap: commerciële toepassing. Aan het project wordt deelgenomen door Envision, Theva, Delta Energy Systems, Eco 5, Jeumont Electric, Universiteit Twente en DNV-GL. Onderstaande video van Envision geeft u een beeld van de ontwikkeling van de supergeleidende generator.
Foto: Fraunhofer IWES, Jan Meier