HTS (High Temperature Superconductor)-Synchronmaschinen eignen sich in idealer Weise als Energieerzeugungsanlagen bzw. Antriebsmaschinen auf Voll-Elektrischen Schiffen (VES). Durch Verwendung von HTS-Feldspulen und Luftspalt-Ständerwicklungen wird eine kompakte elektrische Maschine mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften gewonnen. Die hohe Energieeffizienz bringt insbesondere im an-Bord-Einsatz auf VES dem Eigner finanzielle und betriebliche Vorteile. Siemens hat mit dem 400kW Modell-Motor bereits einen Technologieträger über mehrere Jahre erfolgreich erprobt. Aktuell wird im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes ein 4MVA HTS-Generator gebaut und getestet, der als zukunftsweisende Energieerzeugungseinheit dienen soll. Parallel dazu wird von der TransMIT GmbH eine neuartige Gaskältemaschine in Form eines Pulsrohrkühlers entwickelt. Sie sollen künftig die benötigte Kälteleistung von lOOW bei 30K mit hoher Zuverlässigkeit, langer Lebensdauer und bester Effizienz liefern. Spätere Einsatzfelder von HTS-Maschinen sind die mobile Energieerzeugung gekoppelt an Gasturbinen und andere schnell laufende Anwendungen.Der Einsatz rotierender HTS-Maschinen im Antriebsstrang Voll-Elektrischer Schiffe eröffnet Potentiale, die mit konventionellen Synchron- oder Asynchronmaschinen nicht erreichbar sind. Schiffskonzepte mit HTS-Antriebstechnik gestatten eine günstigere Hydrodynamik und damit Einsparung von Treibstoff und eröffnen ein sehr hohes Leistungspotential und verbesserte Betriebs- und Notlaufeigenschaften. HTS-Drähte erreichen im Vergleich zu Kupfer eine ca. 30-mal höhere Stromdichte. Das ergibt höchste Leistungsdichten im Rotor und kompaktere und leichtere Maschinen. Mit HTS-Erregerwicklungen übertrifft die Induktion im Luftspalt die konventioneller Maschinen um den Faktor 1,5 bis 2. Der große magnetische Luftspalt vrbessert das elektrische Verhalten. Die Maschine hat eine sehr kleine Synchronreaktanz und transiente Laständerungen müssen nicht mehr an der Erregerwicklung nachgeregelt werden. Die HTS-Rotorspulen sind in einem geschlossenen Kryostatgehäuse untergebracht, so dass Stator- und Rotorkühlung voneinander entkoppelt betrieben werden. der Rotor zeigt nach außen keine Wärmeabstrahlung und ist hervorragend gegen Umwelteinflüsse geschützt. Ein Betrieb mit cos phi = 1 ist möglich. Die hohe Stromdichte in der HTS-Wicklung führt zu kleinen Rotoren, die speziell im Einsatz in Pod-Antrieben ein optimiertes Aspektverhältnis erst möglich machen. Die gute hydrodynamische Qualität der Pod-Antriebe, der optimale ausgerichtete Umrichter und die niedrigen Verluste der HTS-Machine führen zu einem Antriebssystem mit höchster Treibstoffökonomie und guten Reichweiteprognosen. Der Maschinenwirkungsgrad wird vom abgefragten Fahrprofil unabhängiger.
Rotierende Elektrische Maschinen in HTS-Technologie für Voll-Elektrische Schiffe (VES)
Rotating electric machines with HTS-technology for all-electric ships (AES)
2004
7 Seiten, 6 Quellen
Conference paper
German
European Patent Office | 2019
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