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Warum können supraleitende Generatoren Windkraft leichter und billiger machen?
In der Zukunft der erneuerbaren Energien zeigen uns Durchbrüche in der Windkrafttechnologie nach und nach effizientere und wirtschaftlichere Möglichkeiten. Die Entstehung supraleitender Generatoren ist eine dieser revolutionären Technologien. Aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen Eigenschaften steigern diese Motoren nicht nur die Effizienz erheblich, sondern reduzieren auch das Gewicht des Generators selbst erheblich und ebnen so den Weg zu geringeren Kosten für die Windenergieerzeugung.
Supraleitende Generatoren sind elektrische Maschinen, die Supraleiter verwenden, wodurch sie praktisch ohne Widerstand arbeiten können, was Verluste bei der Energieübertragung minimiert.
Die Eigenschaften von Supraleitern ermöglichen es ihnen, in Generatoren starke Magnetfelder zu erzeugen, die mit herkömmlichen Motoren nur schwer zu erreichen sind. Diese hohe Magnetfeldstärke kann die Größe des Generators komprimieren und die Leistungsdichte deutlich erhöhen. Mit anderen Worten: Ein Generator gleicher Größe kann mehr Strom erzeugen. Mit der Weiterentwicklung der supraleitenden Materialtechnologie, insbesondere der Entwicklung von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien, erweitert sich der Anwendungsbereich dieser Motoren, insbesondere in großen Windkraftanlagen.
Die Geschichte supraleitender Generatoren
Die Geschichte supraleitender Generatoren lässt sich bis ins Jahr 1821 zurückverfolgen, als Michael Faraday den ersten homopolaren Gleichstrommotor erfand. Mit der Zeit wird der Einsatz supraleitender Materialien allmählich möglich. Im Jahr 2005 erhielt General Atomics den Auftrag zum Bau eines supraleitenden Homopolarmotors mit niedriger Drehzahl für den Schiffsantrieb. Supraleitende Homopolargeneratoren gelten auch als Pulsstromquellen für Laserwaffensysteme und zeigen ihren potenziellen Einsatzwert.
Aktuelle Interessen und Bewerbungen
Der Schwerpunkt liegt heute auf großen supraleitenden Wechselstrom-Synchronmotoren aus Keramik, die in Generatoren und Antriebssystemen für Energieversorgungsunternehmen und Schiffe eingesetzt werden. American Superconductor und Northrop Grumman haben bei der Entwicklung eines 36,5-MW-Keramik-Supraleiter-Schiffsantriebsmotors zusammengearbeitet. Das geringe Gewicht dieser Motoren macht den Bau von Windkraftanlagen und Generatoren kostengünstiger und verbessert die Wirtschaftlichkeit erneuerbarer Energien weiter.
Supraleitende Generatoren haben ein geringes Gewicht und Volumen, was ihnen ein großes Potenzial im Bereich der Windenergieerzeugung verleiht.
Vorteile und Herausforderungen supraleitender Motoren
Supraleitende Motoren haben gegenüber herkömmlichen Leitermaschinen mehrere wesentliche Vorteile, darunter geringere Widerstandsverluste und eine erhöhte Leistungskapazität, stehen aber auch vor bestimmten Herausforderungen, wie etwa den hohen Kosten und der Gesamtkomplexität der Kühlsysteme. Supraleiter können ihren supraleitenden Zustand nur unter bestimmten Bedingungen unterhalb ihrer kritischen Temperatur aufrechterhalten, daher ist der Aufbau des Kühlsystems von entscheidender Bedeutung. In einigen Fällen sind supraleitende Materialien auch anfällig für vorübergehende Magnetfeldänderungen, die dazu führen können, dass sie ihre Supraleitung verlieren.
Vergleich von Hochtemperatur-Supraleitern und Niedertemperatur-Supraleitern
In der aktuellen Diskussion um Supraleiter gewinnen Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) aufgrund ihrer Eigenschaft, bei Temperaturen von flüssigem Stickstoff zu arbeiten, zunehmend an Bedeutung, wodurch sie wirtschaftlicher und einfacher zu verarbeiten sind als Niedertemperatur-Supraleiter, die eine Kühlung mit flüssigem Helium erfordern . . Obwohl die Zerbrechlichkeit keramischer Supraleiter im Vergleich zu herkömmlichen Supraleitern aus Metalllegierungen keinen Vorteil darstellt, haben diese Materialien mit zunehmender Weiterentwicklung der Technologie ihr Potenzial für eine hohe Effizienz in vielen Anwendungen gezeigt.
Zukunftsaussichten
Mit der Weiterentwicklung der supraleitenden Materialtechnologie und der Senkung der Herstellungskosten scheinen die Anwendungsaussichten supraleitender Generatoren in der Windenergieerzeugung in den nächsten Jahren besser zu sein. Viele neu entwickelte supraleitende Technologien befinden sich bereits im Versuchsstadium und sollen kommerzialisiert werden, um die Zukunft der grünen Energiewende voranzutreiben. Neben innovativen Effekten müssen wir jedoch auch die Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit verwandter Technologien berücksichtigen, die notwendige Voraussetzungen für die Förderung supraleitender Generatoren sind.
Können supraleitende Generatoren also unsere Sicht auf erneuerbare Energien völlig verändern und eine größere Anwendung in der Industrie finden?
