Verbundprojekt Speedy_HTS
Midspeed-Generator für Windturbinen mit einer Hochtemperatursupraleiter-Wicklung im Rotor

Projektinformationen

Fördergeber Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderkennzeichen 03EE3094CD
Projektlaufzeit 2023 – 2026
Weitere Informationen Projektsteckbrief

Verbundpartner

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Industriepartner
  • Elektrotechnisches Institut (ETI), Karlsruhe
  • Institut für Technische Physik (ITEP), Eggenstein-Leopoldshafen
  • Flender GmbH, Bocholt
  • Krämer Energietechnik GmbH & Co. KG, Zierenberg

Motivation

Ziel des Teilprojekts umfasst die Vorausberechnung, das Design und die modellbasierte Untersuchung des Betriebsverhaltens eines mittelschnelldrehenden, mit hochtemperatursupraleitender Wicklung erregten Synchrongenerators für den Einsatz in einem Windkraft-Antriebsstrang:

  • Entwicklung effizienter, genauer Berechnungsmodelle: Kombination von analytischen und feldnumerischen Berechnungsverfahren für die neuartige Generator-Topologie
  • Neue Werkzeuge zur Untersuchung der passiven Gleichrichtung der Statorspannung. Erforderlich sind Co-Simulationen von elektrischem Kreis und (stark) nichtlinearen feldnumerischen Modellen. Dabei ist insbesondere die Gefahr von schwingfähigem Verhalten des mit Gleichrichter und Gegenspannung belasteten Generators zu untersuchen.
  • Der Einsatz von HTS-Wicklungen in einem 5-MW-Generator stellt für Simulationen zudem ein Multiskalenproblem dar, das geeignete Modelle (z.B. gekoppelte T-A-Formulierung) erfordert.
  • Ein dynamisches Modell des HTS-Mid-Speed-Generators soll entwickelt und anhand von Messdaten validiert werden.

Obere Hälfte des ausgelegten Generators, FEM-Modell (Software: JMAG)

Hauptabmessungen des Generators (Software: JMAG)

Blechschnitt mit Stator und Rotor; Blau: Supraleitende Erregerspule (Software: JMAG)

Bemessungsdaten des Generators

Elektrische Leistung Pel,N -13 MW
Drehzahl nN 600 min-1
Drehmoment MN 210 kNm
Statorspannung UN 750 V
Statorstrom IsN 10 kA
Polzahl 2p 24
Supraleitermaterial EuBCO

Ausgewählte Veröffentlichungen

[1] Köster, Robin; Binder, Andreas (2023) Performance Analysis of HTS Excited 5 MW Medium-Speed Wind Turbine Generators with Different Stator Feeding Concepts. In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 34 (3) doi: 10.1109/TASC.2023.3346362
[2] Köster, Robin; Binder, Andreas (2023) Parametric AC Loss Study on 7 MW Fully Superconducting Direct-Drive Wind Turbine Generators with Concentrated Stator Winding. In: IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2024 (34, Issue 3) doi: 10.1109/TASC.2023.3346352
[3] Köster, Robin; Binder, Andreas (2024) Numerical Modeling of HTS Excited Medium-Speed Wind Generators with Diode Rectifier Stator Feedin. In: International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, 2024 (37, Issue 5)
[4] Köster, Robin; Binder, Andreas (2024) Damper Screen Design in HTS Medium Speed Wind Generators Considering Stator Current Harmonics. International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM). Ischia, Italy (19.-21.Juni 2024)doi: 10.1109/SPEEDAM61530.2024.10609196
[5] Zeichfüßl, Roland; Jöckel, Andreas; Köster, Robin; Binder, Andreas; Kläser, M.; Eisele, Michael; Arndt, Tabea (2024) Speedy_HTS – Weltrekord für Leistungsdichte von Windkraftgeneratoren. Konferenz ZIEHL IX. Berlin, Germany (11.04.2024)
[6] Köster, Robin; Binder, Andreas (2024) Numerical modeling of HTS excited medium‐speed wind generators with diode rectifier stator feeding. In: International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields, 37 (5) doi: 10.1002/jnm.3284