Schlüsselwörter
(Deutsch)
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TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Hochtemperatur-Supraleiter in elektrischen Maschinen
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Diese Studie ist eine Fortsetzung und Vertiefung im BFE-Projekt No. 100’649. Sie hat zum Ziel, einen Vergleich durchzuführen zwischen einem supraleitenden Generator und einem verbesserten konventionellen Generator. Als wichtiger Punkt soll dabei der Entwicklung des verbesserten kon-ventionellen Generators ein Entwicklungsbudget zumindest in der Grössenordnung des SL-Generators zugestanden werden. Am Ende der Studie soll ein Vergleich und Projektvorschläge für beide Vorgehensweisen vorliegen. Der Vergleich beleuchtet die Kriterien: technische Gewinne (Wirkungsgrad, Netzstabilität), Risiken (Entwicklung, Einführung, Betrieb), und das Marktpotential.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ALSTOM (Schweiz) AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Joho,Reinhard
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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In der Studie wird in einem ersten Teil eine Aktualisieren des internationalen Standes der Entwicklungsprojekte von Generatoren mit Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) und der Nachführung des Entwicklungsstandes der HTSL-Entwicklung durchgeführt. Das grösste Entwicklungsprojekt für einen Kraftwerksgenerator von General Electric ist, neben anderen Gründen, wegen technischen Problemen sowie aus Preisgründen beim verwendeten HTSL der ersten Generation abgebrochen worden. Das gesammelte Material führt zu der Erkenntnis, dass die erwarteten besseren Eigenschaften der Supraleiter der zweiten Generation zwingend erforderlich sein werden um einen Durchbruch im Maschinenbau zu erzielen. Falls man ein neues Entwicklungsprojekt für Grossgeneratoren jetzt starten würde, könnte dieses etwa parallel zur Markteinführung des HTSL der zweiten Generation abgeschlossen werden. Der Preis beim HTSL der zweiten Generation muss aber für wirtschaftlich interessante Anwendungen unter 20Euro/kAm sinken. Wie bei der Statorwicklung wird für die Führung paralleler HTSL ein HTS-Roebel-Leiter vorgeschlagen, was das Spulen-Design im Rotor wesentlich vereinfacht. In einem zweiten Teil wird ein Generator mit verbesserter konventioneller Technologie untersucht. Dazu wird ausgegangen von einem existierenden 700MVA-Generator mit Wasserkühlung in Rotor- und Statorwicklung und der Betrieb bei sehr niedrigen Wicklungstemperaturen (Kühlflüssigkeit-Eintrittstemperatur -85°C) wurde untersucht. Neben der Wahl eines geeigneten Kühlmittels werden flankierende Konstruktionsmassnahmen vorgeschlagen. Ferner werden die Luftspalt-Reibungsverluste stark herabgesetzt und mit Permanentmagnet-Unterstützung die Erregerverluste weiter gesenkt. Für die Bereitstellung der niedrigen Kühlmitteltemperatur werden Kälteanlagen benötigt. Die aufgenommene Betriebsleistung von verfügbaren Kompressionskälteanlagen ist aber weit grösser als die eingesparten Verluste in der Maschine. Absorptionskälteanlagen, welche durch Abdampf betrieben werden könnten, sind in diesem Temperatur- und Leistungsbereich nicht üblich und werden preislich weit über Kompressionskälteanlagen liegen, was auch auf rein elektrisch funktionierende Kälteanlagen zutreffen wird. Es kann deshalb kein Vorschlag für eine Weiterführung dieser Idee gemacht werden.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ALSTOM (Schweiz) AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Schleussinger,Armin
Ginet,Constantin
Joho,Reinhard
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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In a first part of this study there will be performed an actualization of the international state of the development projects of generators having high-temperature superconductors (HTSC) and an actualization of the state of the HTSC development. The largest development project for a power plant generator of General Electric was, besides other reasons, discontinued because of technical problems and due to reasons of the price of the used HTSC of the first generation. The collected material leads to the conclusion that the expected better properties of the second generation HTSC will be absolutely needed. If initiated now, a development project for large generators could be concluded approximately in parallel to the market introduction of the second generation HTSC. For an economically interesting application the price of the second generation HTSC must go down below 20 Euro/kAm. As in the stator winding, for the conduction of parallel HTSC a HTS Roebel-conductor is suggested, what considerably simplifies the coil design in the rotor. The second part investigates in a generator having improved conventional technology. For that purpose reference is made to an existing 700MVA generator with water cooling in rotor winding and stator winding, and where the operation is investigated at low winding temperatures (cooling liquid inlet -85°C). Besides the choice of a suited coolant there will be suggestions made for flanking design measures. In addition the windage losses in the air gap will be strongly lowered, and using permanent magnet support, the excitation losses will be lowered. Refrigeration units are needed for providing the low temperature. However, the power consumption of the available refrigeration units is by far higher than the economized losses in the machine. Refrigerators on the base of absorption, which could work with waste steam, are not common in that temperature and power range and their price will be far above refrigerators on compressor base, what would also apply for refrigerators on pure electrical base. It is therefore not possible to make a suggestion for a further investigation of this idea.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ALSTOM (Schweiz) AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Schleussinger,Armin
Ginet,Constantin
Joho,Reinhard
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans une première partie de l'étude, l’état des projets de développement des alternateurs avec des supra-conducteurs de haute température (SCHT) au niveau international est mis à jour et l'ajustement au niveau du développement du SCHT est mis en œuvre. Le plus grand projet de développement mené par GE pour les alternateurs de centrale électrique est terminé à cause des problèmes techniques ainsi que pour des raisons de prix du SCHT de première génération utilisé. Les connaissances actuelles conduisent à la constatation que les meilleures qualités attendues des superconducteurs de la deuxième génération seront impérativement nécessaires. Dans le cas d’un nouveau projet de développement pour des générateurs de grosses puissances, une étude pourrait être réalisée parallèlement à l’introduction sur le marché du SCHT deuxième génération. Le prix du SCHT de la deuxième génération doit toutefois descendre pour des applications économiquement intéressantes à moins de 20Euro/kAm. Comme pour les bobines du stator pour la conduite des SCHT parallèles un SCHT-Roebel-conducteur pour la conduite est proposé. C’est la raison pour laquelle la conception des bobines dans le rotor est largement simplifiée. Dans une deuxième partie, un alternateur avec une technologie conventionnelle améliorée est considéré. L’étude est basée sur un alternateur existant de 700MVA avec des bobines stator et rotor refroidies par eau. L'exploitation a été examinée avec des températures de bobine très basses (Température du liquide de refroidissement à l’entrée –85°C). En plus du choix d'un liquide de refroidissement approprié, des mesures d'amélioration de la construction sont proposées. Les pertes par frottement dans l’entrefer sont fortement diminuées et grâce à des aimants permanents les pertes d'excitation sont aussi fortement abaissées. Pour de ci basses températures de liquide de refroidissement, un système de réfrigération est nécessaire. La puissance nécessaire aux installations de refroidissement par compression, qui est disponible dans le commerce, est toutefois beaucoup plus grande que les pertes économisées dans l’alternateur. Des installations de refroidissement d'absorption ne sont pas habituelles pour cette gamme de capacité et de température et se trouveront en ce qui concerne les prix largement au-dessus des installations de refroidissement de compression. Ce qui s'applique aussi à des installations de refroidissement purement électriques. Aucune proposition pour une continuation de cette idée ne peut être faite par conséquent.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ALSTOM (Schweiz) AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Schleussinger,Armin
Ginet,Constantin
Joho,Reinhard
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