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超导发电机诞生!超导风力涡轮机首次测试成功
发布时间:2020-06-04    信息来源:互联网 

超导转子首次成功地在主动风力机上进行了测试,EcoSwing设计,开发和制造了用于3.6兆瓦风力涡轮机的全尺寸超导发电机,并在丹麦的Thyborn进行了现场测试。并在IOP出版的《超导科学与技术》期刊上发表了其成结果。来自荷兰Twente大学的通讯作者Anne Bergen说:在过去的几十年里,风力涡轮机的尺寸显著增加。然而,今天的技术很难跟上机组功率水平不断提高的趋势。

基于永磁(PM)的直接驱动(DD)发电机在最先进的、多兆瓦发电机中提供了一个解决方案,但10+兆瓦PM-DD涡轮机的可行性需要显著减轻重量。伪磁直接驱动(PDD)机器,集成磁性传动装置和发电机功能是一种可能的解决方案,但生产昂贵且高度复杂。为了应对这一挑战,研究小组采用了稀土钡铜氧化物(REBCO)高温超导发电机。与PM机器相比,这些机器需要更少的稀土材料,从而降低成本。

超导体也可以携带高电流密度,这将能提高更高的功率密度线圈和减轻更轻的重量。发电机的现场测试非常成功,当发电机安装在Thyborn时,涡轮机达到了目标功率范围,包括超过650小时的电网运行。这表明超导发电机技术与运行环境的所有要素(如变速、电网故障、电磁谐波和振动)的兼容性。该项目还取得了其他几项实质性进展,表明高温超导线圈的生产不仅限于专业实验室,而且构成了从科学到工业的成功技术转移。

高温超导转子也是在工业环境中组装的,表明超导元件可以部署在‘标准’的制造环境中。现在这个概念已经被证实,希望看到超导发电机技术开始广泛应用于风力涡轮机。欧盟H2020项目EcoSwing的主要目标是证明在风力发电机中运行高温超导(HTS)。为了实现这一目标,在一台3.6 MW汽轮机上成功地设计、建造了一台全尺寸同步高温超导发电机并进行了现场测试。发电机有一个转子,有40个1.4米长的超导线圈,所需20公里的涂层导体已在项目时间内生产出来。

所有线圈在组装前都进行了测试,其中超过90%的线圈性能符合预期。HTS线圈技术准备水平因此提高到7级。同时,过去十年中低温冷却技术的成熟体现在几个Gifford-McMahon冷头,这些冷头安装在转子上,并通过旋转联轴器与固定压缩机连接。低温系统超过了设计预期,使线圈温度在仅冷却14天后就能稳定在设计温度30 K以下。在德国不来梅港的IWES设施进行地面测试后,发电机安装在丹麦Thyborn的现有涡轮机上,在这里,发电机达到了目标功率范围,并产生了超过650小时的电网运行电力。

博科园|研究/来自:Institute of Physics参考期刊《超导科学与技术》DOI: 10.1088/1361-6668/ab48d6博科园|科学、科技、科研、科普关注【博科园】看更多大美宇宙科学

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