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Montag, 24.07.2017
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Sparsamere Schiffe dank Supraleitung

Supraleiter statt Kupferdrähte im Generator

Kreuzfahrtschiffe und Motoryachten könnten zukünftig von einem neuartigen Supraleiter- Generator angetrieben werden. Statt einer Magnetspule aus Kupfer leiten dabei dünne Supraleiter-Drähte den elektrischen Strom nahezu ohne Widerstand. Dadurch halbieren sich nicht nur Gewicht und Volumen, auch die Energieverluste sind geringer und damit steigt der elektrische Wirkungsgrad.
Supraleiter-Generator

Supraleiter-Generator

Nicht nur Autos werden sparsamer. Auch Schiffe müssen zunehmend mit weniger Treibstoff auskommen um wirtschaftlich zu sein. Dazu soll zukünftig eine Technik entscheidend beitragen, die bislang eher in der Grundlagenforschung oder bei Medizingeräten zu Hause war - die Hochtemperatur- Supraleitung. Forscher des Technik-Unternehmens Siemens heben jetzt den weltweit ersten supraleitenden Generator mit Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) mit einer Leistung von vier MegaVoltAmpere (MVA) in Betrieb genommen. Diese Leistung würde ausreichen, um eine luxuriöse Motoryacht von 50 Metern Länge mit Strom zu versorgen und anzutreiben.

Dynamoprinzip mit Supraleitern


Hochtemperatur-Supraleiter sind Stoffe, die elektrischen Strom bei einer Temperatur ab rund -160 Grad Celsius (und tiefer) nahezu ohne Widerstand und verlustfrei transportieren. In dem neuen Generator ersetzen die HTS die herkömmlichen Drähte aus Kupfer im Rotor. Wie bei jedem anderen Generator auch werden die Drähte zu einer Magnetspule aufgewickelt, die - von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben - im Generator rotiert. Dadurch entsteht in der nicht mitdrehenden Umhüllung eine elektrische Spannung. Der Vorteil der HTS-Drähte besteht darin, dass sie dank des vernachlässigbaren Widerstands zehnmal mehr Strom aufnehmen können als Kupfer. Der Generator kann so auf kleinerem Bauraum effizienter elektrische Energie erzeugen.

Die Maschine von der Größe eines Smart-Kleinwagens hat zehn mal mehr Leistung als das Vorgängermodell, das rund drei Jahre lang im Systemprüfhaus von Siemens A&D in Nürnberg getestet wurde. Auf Herz und Nieren wurde dabei auch das mit Neon betriebene Kühlsystem geprüft, das den Supraleiter auf eisige Temperaturen bringt. Das sehr kompakte, wartungsfreie, verlustarme Prinzip der Rotorkühlung hat dort seine Standzeit über die Projektlaufzeit nachgewiesen.


Vollelektrisch statt Dieselmotoren


Zukünftig sollen die HTS-Generatoren insbesondere auf so genannten voll-elektrischen (VE) Schiffen eingesetzt werden. Deren Propeller werden nicht direkt durch große Dieselmotoren und lange Wellen angetrieben. Der Treibstoff wird stattdessen verbrannt und setzt Kraftmaschinen zur Stromerzeugung in Bewegung. Über Kabel gelangt die Energie dann zu den Motoren, die in unmittelbarer Nähe der Schiffsschrauben sitzen. Der VE-Antrieb spart folglich Platz, denn statt Motor und Welle gibt es mehrere kleine Energieerzeugungseinheiten, die sich im Rumpf besser unterbringen lassen. Die Schiffe können schlanker ausgelegt werden, was den energiezehrenden Wasserwiderstand deutlich verringert.

Inzwischen sind rund 30 Prozent aller Schiffsneubauten vollelektrisch, bei den Kreuzfahrtschiffen sogar beinahe jeder Neubau. Schließlich läuft der elektrische Antrieb - zum Vorteil der Passagiere - sehr viel ruhiger als der tuckernde Diesel, zum anderen dient die Energie nicht nur der Fortbewegung, sondern auch der Hotellerie an Bord. Ein Drittel etwa wird für Küche, Beleuchtung und Passagier-Komfort verbraucht.

"Dieser Trend wird sich fortsetzen", sagt Bernd Wacker, Projektleiter bei Siemens Corporate Technology in Erlangen. Diese Popularität hat ihren Grund. Kreuzfahrtschiffe oder Privatyachten bewegen sich nicht unbedingt im gleichmäßigen Tempo übers Meer, sondern fahren viele Häfen an und legen Zwischensprints ein. Da sich an Bord großer VE- Schiffe mehrere kleine Energieerzeuger befinden, pro Schiffsschraube etwa drei, kann je nach Bedarf die optimale Zahl an Generatoren zugeschaltet werden. Stets läuft nur ein Teil auf Hochtouren, die anderen Maschinen ruhen. Das ist effizienter als ein großer Dieselantrieb im Teil-Last-Betrieb.

Inzwischen wurde die 4MVA-Maschine erfolgreich in Betrieb genommen. Nachdem die Betriebseigenschaften dieser neuartigen Maschine ermittelt sind, wird sie einem längeren intensiven Systemtest unterzogen. Ein Projektziel besteht darin, die Anwendungstauglichkeit für den Einsatz auf Schiffen nachzuweisen.
(Siemens, 16.08.2005 - NPO)
 
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