Pionierski generator nadprzewodnikowy napędza lżejsze turbiny wiatrowe o większej mocy

2020.04.20

Wiatraki wykorzystują energię wiatrową od tysięcy lat. Dzisiaj pierwszy na świecie prototypowy generator nadprzewodnikowy wykorzystany w komercyjnej turbinie wiatrowej może znacząco zmienić systemy energetyki wiatrowej.

Pierwsza turbina wiatrowa wytwarzająca energię elektryczną została wynaleziona w 1888 roku, jednak pojawienie się linii energetycznych i nasza późniejsza zależność od spalania paliw kopalnych wstrzymały rozwój energetyki wiatrowej. W latach 70. XX wieku zainteresowanie nią zaczęło ponownie rosnąć i w 2015 roku energia wiatrowa stanowiła prawie 4 % energii wytwarzanej na całym świecie. Wartość rynku energii wiatrowej w Europie szacowana jest obecnie na poziomie 72 miliardów euro. Wraz ze wzrostem zainteresowania systemami energetyki wiatrowej na całym świecie zwiększa się również zapotrzebowanie na wytwarzaną moc. Wyzwanie polega zatem na stworzeniu większych i wyższych turbin, które jednocześnie nie będą ani cięższe, ani droższe. W ramach współfinansowanego ze środków UE pionierskiego projektu EcoSwing opracowano zaawansowane technologicznie rozwiązanie i przeprowadzono udany pokaz pierwszego w historii generatora nadprzewodnikowego w komercyjnej turbinie wiatrowej. Generator ten znacząco zmniejsza jej wagę przy zachowaniu tej samej mocy wyjściowej, a korzyści płynące z jego zastosowania rosną wraz ze wzrostem tej mocy.

Przerwanie cyklu przez zmianę utartych schematów

Uczestnicy projektu EcoSwing postanowili wykorzystać nadprzewodniki, czyli materiały, których odporność na przepływ prądu zanika po ich ochłodzeniu. Zastąpili nimi konwencjonalne elementy w generatorach elektrycznych w turbinach wiatrowych. Jesper Hansen, koordynator projektu, mówi: „Pomimo tego, że w laboratoriach przetestowano kilka mniejszych urządzeń pilotażowych (silników i generatorów), do tej pory zademonstrowano niewiele urządzeń nadprzewodnikowych pracujących w warunkach przemysłowych. Jako pierwsi zaprojektowaliśmy, zbudowaliśmy, zainstalowaliśmy i uruchomiliśmy pełnowymiarowy generator nadprzewodnikowy w turbinie wiatrowej. Dzięki temu zyskaliśmy szczegółową wiedzę na temat tego, w jaki sposób można zastosować tę technologię przy użyciu zwykłych narzędzi i umiejętności”. W trakcie prac zespół projektowy dokonał wielu ciekawych odkryć. Jednym z nich był fakt, że chłodzenie kriogeniczne okazało się być bardziej wydajne niż oczekiwano, co oznacza, że przyszłe urządzenia nadprzewodnikowe mogą wymagać mniejszego chłodzenia. Ponadto podczas pracy nadprzewodnikowe cewki były bardziej wytrzymałe niż oczekiwano, pomimo trudnych warunków. W porównaniu do urządzenia o podobnej wielkości, wykorzystującego konwencjonalne magnesy trwałe, generator nadprzewodnikowy opracowany w ramach projektu EcoSwing okazał się o 25 % lżejszy. Jesper Hansen dodaje: „W przypadku zastosowania turbin wiatrowych o mocy powyżej 6 MW nasze prognozy pokazują, że nadprzewodnikowe generatory elektryczne mogą być równie opłacalne co najnowocześniejsza technologia, a ich konkurencyjność wzrasta wraz z mocą”. W przypadku generatorów o mocy wynoszącej do 10 MW zespół odnotował prawie dwukrotne zmniejszenie masy. W uznaniu sukcesu pionierskiego urządzenia miesięcznik „Windpower” przyznał technologii opracowanej przez zespół projektowy EcoSwing Złoty Medal, nazywając generator opracowany w ramach projektu układem napędowym 2018 roku.

Przygotowanie gruntu pod wiodącą pozycję Europy w dziedzinie nadprzewodzących generatorów

Po zakończeniu projektu generator nadprzewodnikowy został wycofany z eksploatacji i schowany w magazynie. Obecnie uczestnicy projektu EcoSwing aktywnie poszukują sposobów na poszerzanie i rozpowszechnianie wiedzy na jego temat, aby zachęcić do korzystania z generatora i uzyskać dodatkowe fundusze. Według Jespera Hansena, dzięki projektowi EcoSwing „jeden z partnerów projektu, firma THEVA Dünnschichttechnik GmbH, prowadzi zakład produkcyjny, który nie tylko dostarcza nadprzewodnikowy drut, ale także może zwijać go w cewki. Przed rozpoczęciem projektu takie cewki i technologia były na europejskim rynku niedostępne”. Jesper Hansen dodaje również: „Inny partner projektu, Sumitumo Cryogenics of Europe, Ltd, opracował pierwszy na świecie zespół złącza obrotowego wykorzystujący sprzęganie helu, który działa bez zarzutu”. Udana komercjalizacja mogłaby zwiększyć wykorzystanie technologii odnawialnych źródeł energii do wytwarzania energii elektrycznej, zmniejszyć zużycie paliw kopalnych i pomóc Europie w realizacji celów w zakresie łagodzenia zmiany klimatu.

https://cordis.europa.eu/article/id/415812-a-pioneering-superconducting-generator-supports-lighter-and-more-powerful-wind-turbines/pl

właściciel praw autorskich: © Unia Europejska, 2020
Źródło: CORDIS, cordis.europa.eu

Wróć