Windenergieanlagen 10.05.2019, 14:05 Uhr

Premiere für den supraleitenden Generator

Ein europäisches Konsortium hat mit Unterstützung der EU ein System realisiert, das erneuerbare Energien verbilligt. Der Stromerzeuger lief in der Gondel einer zweiflügeligen Windmühle in Dänemark.

Windenergiesymbol auf einer Tastatur

Foto: panthermedia.net/maxkabakov

Die weltweit erste Windmühle, die mit einem supraleitenden Generator ausgestattet ist, drehte sich bis zum 30. April 2019 im dänischen Thyborøn wenige 100 Meter entfernt von der Nordseeküste. Sie hatte eine Leistung von 3 Megawatt. Die Mühle hat, anders als die meisten derzeit installierten, nur 2 Flügel und ist eigentlich für den Offshore-Betrieb konzipiert. Der Rotordurchmesser beträgt 128 Meter. Entwickler ist Envision Energy (Denmark) Aps in Silkeborg, ein Unternehmen der chinesischen Envision-Gruppe, die es als Forschungszentrum betreibt.

Supraleitung bei minus 243 Grad Celsius

Die Spulen aus Hochtemperatur-Supraleitermaterial (HTS) werden auf minus 243 Grad Celsius gekühlt. Von HTS spricht man bei Werkstoffen, die bei höheren Temperaturen als minus 269 Grad dem elektrischen Strom keinen Widerstand entgegensetzen. Klassische Supraleiter benötigen als Kühlmittel flüssiges Helium, das extrem teuer ist. Das Trockenkühlsystem, das Sumitomo Cryogenics of Europe aus dem britischen Basingstoke lieferte, ist weitaus kostengünstiger.

Der HTS-Film, das Herz der supraleitenden Spulen, ist eine Legierung aus Gadolinium, Barium und Kupferoxid. Er ist gerade mal 3,5 Mikrometer dick. Der gesamte Leiter einschließlich der Hüll- und Kontaktschichten ist kaum dicker als ein Tausendstel Millimeter. Er verkraftet eine 100 Mal größere Stromdichte, verglichen mit einem Kupferleiter. Hergestellt wurden die Kabel von Theva Dünnschichttechnik in Ismaning bei München. Das Unternehmen formte daraus die 1,4 Meter langen und 20 Zentimeter breiten Spulen für den Generator. Insgesamt gingen 25 Kilometer HTS-Draht drauf, ein Viertel der Jahreskapazität des Unternehmens.

Testläufe fanden in Bremerhaven statt

Das Bonner Engineeringunternehmen Eco 5 hat das Kerndesign des HTS-Generators entworfen. Jeumont Electric aus Frankreich war für den Stator verantwortlich, also den Teil des Generators, in dem sich der Rotor dreht. Diesen bauten Ingenieure der Universität Twente in den Niederlanden. Er ist mit konventionellen Kupferspulen ausgestattet. Auf dem Prüfstand des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven absolvierte der komplette Generator Testläufe, ehe er in die Gondel der Windenergieanlage eingebaut wurde. Dort lief der Generator rund 700 Stunden lang ohne eine einzige Störung. Die Kälteanlage war 7 Monate lang in Betrieb. Jetzt wird die Anlage planmäßig stillgelegt, was eine Weile dauert. Das Kühlsystem muss sich aufwärmen.

Die EU steuerte 10,5 Millionen Euro bei

Da der Strom widerstandsfrei fließt erhöht sich der Wirkungsgrad um bis zu zwei Prozent, verglichen mit einem Generator mit Kupferspulen. Das bringt die erste Einsparung. Wegen des um 40 Prozent geringeren Gewichts, verglichen mit einem konventionellen Stromerzeuger, kann an Fundament und Turm massiv gespart werden. Insgesamt, so erwarten die Beteiligten an diesem EU-Projekt namens EcoSwing, das 13,8 Millionen Euro kostet – 10,5 Millionen steuerte die EU bei –, wird die Windstromerzeugung mit HTS-Generatoren billiger. Um wie viel genau wird sich erst zeigen, wenn diese Stromerzeuger in größeren Stückzahlen gebaut werden.

Die Hochtemperatur-Supraleitung ist perspektivisch entscheidend für das Gelingen der Energiewende. Wegen des geringen Gewichts der HTS-Generatoren lassen sich bereits bestehende ältere Windenergieanlagen umrüsten, sodass sich ihre Leistung um mindestens 25 Prozent erhöht, ohne dass neue Türme und Gondeln gebaut werden müssen. Das würde die Kosten des Windstroms noch einmal reduzieren.

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